JP2022009843A - Positive electrode active material and lithium secondary battery including the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、正極活物質および前記正極活物質が含まれた正極を使用するリチウム二次電池に関する。 The present invention relates to a positive electrode active material and a lithium secondary battery using a positive electrode containing the positive electrode active material.
電池は、正極と負極に電気化学反応が可能な物質を使用することによって電力を貯蔵するものである。このような電池のうち代表的な例としては、正極および負極でリチウムイオンがインターカレーション/デインターカレーションされるときの化学電位(chemical potential)の差異によって電気エネルギーを貯蔵するリチウム二次電池がある。 A battery stores electric power by using a substance capable of an electrochemical reaction between a positive electrode and a negative electrode. A typical example of such a battery is a lithium secondary battery that stores electrical energy by the difference in chemical potential when lithium ions are intercalated / deintercalated at the positive and negative electrodes. There is.
前記リチウム二次電池は、リチウムイオンの可逆的なインターカレーション/デインターカレーションが可能な物質を正極と負極活物質として使用し、前記正極と負極との間に有機電解液またはポリマー電解液を充填させて製造する。 The lithium secondary battery uses a substance capable of reversible intercalation / deintercalation of lithium ions as a positive electrode and a negative electrode active material, and an organic electrolytic solution or a polymer electrolytic solution is used between the positive electrode and the negative electrode. Is filled and manufactured.
リチウム二次電池の正極活物質としては、リチウム複合酸化物が使用されており、その例として、LiCoO2、LiMn2O4、LiNiO2、LiMnO2などの複合酸化物が研究されている。 Lithium composite oxides are used as the positive electrode active material of the lithium secondary battery, and composite oxides such as LiCoO 2 , LiMn 2 O 4 , LiNiO 2 , and LiMnO 2 have been studied as examples.
前記正極活物質のうちLiCoO2は、寿命特性および充放電効率に優れているので、最も多く使用されているが、原料として使用されるコバルトの資源的限界に起因して高価であるので、価格競争力に限界があるという短所を有している。 Among the positive electrode active materials, LiCoO 2 is most often used because it has excellent life characteristics and charge / discharge efficiency, but it is expensive due to the resource limitation of cobalt used as a raw material. It has the disadvantage of limited competitiveness.
LiMnO2、LiMn2O4などのリチウムマンガン酸化物は、熱的安全性に優れ、価格が安いという長所があるが、容量が小さく、高温特性が劣悪であるという問題点がある。また、LiNiO2系正極活物質は、高い放電容量の電池特性を示しているが、Liと遷移金属間のカチオンミキシング(cation mixing)問題に起因して合成が難しく、それにより、レート(rate)特性に大きな問題点がある。 Lithium manganese oxides such as LiMnO 2 and LiMn 2O 4 have advantages of excellent thermal safety and low price, but have problems of small capacity and poor high temperature characteristics. In addition, the LiNiO 2 -based positive electrode active material exhibits high discharge capacity battery characteristics, but is difficult to synthesize due to the problem of cation mixing between Li and the transition metal, and thus the rate. There is a big problem with the characteristics.
また、このようなカチオンミキシングの深化程度に応じて多量のLi副産物が発生することになり、これらのLi副産物の大部分は、LiOHおよびLi2CO3の化合物からなるので、正極ペーストの製造時にゲル(gel)化する問題点と電極の製造後に充放電の進行によるガス発生の原因となる。残留のLi2CO3は、セルのスウェリング現象を増加させてサイクルを減少させると共に、バッテリーが膨らむ原因となる。 In addition, a large amount of Li by-products will be generated depending on the degree of deepening of such cation mixing, and most of these Li by-products are composed of compounds of LiOH and Li 2 CO 3 , so that during the production of the positive electrode paste, It causes the problem of gelling and the generation of gas due to the progress of charging and discharging after the electrode is manufactured. The residual Li 2 CO 3 increases the swelling phenomenon of the cell, reduces the cycle, and causes the battery to swell.
本発明の目的は、既存リチウム二次電池用正極活物質問多様な問題点を解決するために、構造的安定性が向上し、リチウムイオンの伝導性を向上させた正極活物質を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a positive electrode active material having improved structural stability and improved lithium ion conductivity in order to solve various problems of existing positive electrode active materials for lithium secondary batteries. It is in.
また、本発明の他の目的は、本願で定義された異種の複合酸化物を含むことによって、高温貯蔵安定性および寿命特性が向上した正極活物質を提供することにある。 Another object of the present invention is to provide a positive electrode active material having improved high temperature storage stability and life characteristics by containing a heterogeneous composite oxide as defined in the present application.
また、本発明の他の目的は、本願で定義された正極活物質を含む正極を使用するリチウム二次電池を提供することにある。 Another object of the present invention is to provide a lithium secondary battery using a positive electrode containing a positive electrode active material as defined in the present application.
本発明の目的は、以上で言及した目的に制限されず、言及されていない本発明の他の目的および長所は、下記の説明により理解され得、本発明の実施例によりさらに明らかに理解されるだろう。また、本発明の目的および長所は、特許請求の範囲に示した手段およびその組合せにより実現され得ることを容易に知ることができる。 The object of the present invention is not limited to the object mentioned above, and other purposes and advantages of the present invention not mentioned may be understood by the following description and further clearly understood by the examples of the present invention. right. In addition, it can be easily known that the object and the advantage of the present invention can be realized by the means and combinations thereof shown in the claims.
本発明の一態様によれば、リチウムの吸藏および放出が可能な第1複合酸化物および前記第1複合酸化物の表面のうち少なくとも一部に存在し、前記第1複合酸化物と固溶体を形成した状態で存在する第2複合酸化物を含む正極活物質が提供され得る。 According to one aspect of the present invention, the first composite oxide capable of sucking and releasing lithium and the first composite oxide present on at least a part of the surface of the first composite oxide, and the first composite oxide and a solid solution are formed. A positive electrode active material containing a second complex oxide that exists in the formed state can be provided.
この際、前記第2複合酸化物は、下記の化学式1で表される。 At this time, the second composite oxide is represented by the following chemical formula 1.
[化学式1]
LiaM1bM2cOd
[Chemical formula 1]
Li a M1 b M2 c Od
(ここで、M1は、Ni、Mn、Co、Cu、Nb、Mo、Al、Zn、Mg、CeおよびSnから選択される少なくとも一つであり、M2は、Mn、Al、Ti、Zr、Mg、V、B、Mo、Zn、Nb、Ba、Ta、Fe、Cr、Sn、Hf、Ce、W、NdおよびGdから選択される少なくとも一つであり、M1とM2は、互いに異なり、0≦a≦6、0<b≦2、0<c≦2、4≦d≦8である。) (Here, M1 is at least one selected from Ni, Mn, Co, Cu, Nb, Mo, Al, Zn, Mg, Ce and Sn, and M2 is Mn, Al, Ti, Zr, Mg. , V, B, Mo, Zn, Nb, Ba, Ta, Fe, Cr, Sn, Hf, Ce, W, Nd and Gd, and M1 and M2 are different from each other and 0 ≦ a ≦ 6, 0 <b ≦ 2, 0 <c ≦ 2, 4 ≦ d ≦ 8)
また、本発明の他の態様によれば、本願に定義された正極活物質が含まれた正極を使用するリチウム二次電池が提供され得る。 Further, according to another aspect of the present invention, a lithium secondary battery using a positive electrode containing a positive electrode active material as defined in the present application can be provided.
本発明の多様な実施例による正極活物質は、異種の複合酸化物を含み、かつ特に第2複合酸化物が第1複合酸化物のうち少なくとも一部と固溶体を形成することによって、正極活物質問構造的安定性および熱的安定性(高温貯蔵安定性)を向上させることができる。 The positive electrode active material according to various examples of the present invention contains a heterogeneous composite oxide, and in particular, the second composite oxide forms a solid solution with at least a part of the first composite oxide to form a solid solution. Question Structural stability and thermal stability (high temperature storage stability) can be improved.
また、上述した構造の正極活物質は、活物質内リチウムイオン伝導性が向上するにつれて、正極活物質の寿命特性、効率特性および抵抗などのような電気化学的特性も、従来の正極活物質に比べて向上することができる。 Further, as the positive electrode active material having the above-mentioned structure improves the lithium ion conductivity in the active material, the electrochemical characteristics such as the life characteristic, the efficiency characteristic and the resistance of the positive electrode active material also become the conventional positive electrode active material. Can be improved in comparison.
上述した効果とともに、本発明の具体的な効果は、以下発明を実施するための具体的な事項を説明しつつ、共に記述する。 Along with the above-mentioned effects, the specific effects of the present invention will be described together with the following explanation of specific matters for carrying out the invention.
本発明をさらに容易に理解するために、便宜上、特定用語を本願に定義する。本願で別途定義しない限り、本発明に使用された科学用語および技術用語は、当該当技術分野における通常の知識を有する者により一般的に理解される意味を有する。また、文脈上、特に指定しない限り、単数形態の用語は、その複数形態も含むものであり、複数形態の用語は、その単数形態も含むものと理解されなければならない。 For convenience, specific terms are defined herein in order to better understand the invention. Unless otherwise defined herein, the scientific and technical terms used in the present invention have the meaning generally understood by those with ordinary knowledge in the art. Further, unless otherwise specified in the context, the term in the singular form shall be understood to include the plural form thereof, and the term in the plural form shall be understood to include the singular form as well.
以下、本発明による正極活物質および前記正極活物質を含む正極を使用するリチウム二次電池についてより詳細に説明することとする。 Hereinafter, the positive electrode active material according to the present invention and the lithium secondary battery using the positive electrode containing the positive electrode active material will be described in more detail.
正極活物質
本発明の一態様によれば、リチウムの吸藏および放出が可能な第1複合酸化物および前記第1複合酸化物の表面のうち少なくとも一部に存在する第2複合酸化物を含む正極活物質が提供され得る。
Positive Electrode Active Material According to one aspect of the present invention, it contains a first composite oxide capable of absorbing and releasing lithium and a second composite oxide present on at least a part of the surface of the first composite oxide. Positive electrode active material may be provided.
この際、前記正極活物質内前記第1複合酸化物と前記第2複合酸化物は、固溶体を形成した状態で存在することができる。 At this time, the first composite oxide and the second composite oxide in the positive electrode active material can exist in a state where a solid solution is formed.
例えば、前記第1複合酸化物をAと言い、前記第2複合酸化物をBと言うとき、前記第1複合酸化物と前記第2複合酸化物が形成した固溶体は、(AB)pまたは(A)q(B)r形態であってもよい。 For example, when the first composite oxide is referred to as A and the second composite oxide is referred to as B, the solid solution formed by the first composite oxide and the second composite oxide is (AB) p or (). A) q (B) may be in the r form.
ただし、本願で意味する固溶体は、(A)q(B)r形態の固溶体であり、ここで、(A)q部分は、前記正極活物質を形成する1次粒子のコアに該当し、(B)r部分は、前記正極活物質を形成する1次粒子のシェルに該当することができる。これに伴い、本願で意味する前記第1複合酸化物と前記第2複合酸化物の固溶体は、前記第1複合酸化物を含むコアと前記第2複合酸化物を含むシェル層が固溶体の形態で存在するコア-シェル粒子を指すものと理解されなければならない。この際、前記シェル層は、前記コアの表面のうち一部または全部をカバーするように存在することができ、前記第2複合酸化物は、前記シェル層のうち一部または全部に存在することができる。ここで、前記シェル層内に存在する前記第2複合酸化物は、前記固溶体のうち前記第2複合酸化物に該当する領域を意味するものと理解されることもできる。 However, the solid solution referred to in the present application is a solid solution in the form of (A) q (B) r , and here, the (A) q portion corresponds to the core of the primary particles forming the positive electrode active material, and ( B) The r portion can correspond to the shell of the primary particles forming the positive electrode active material. Along with this, in the solid solution of the first composite oxide and the second composite oxide, which is meant in the present application, the core containing the first composite oxide and the shell layer containing the second composite oxide are in the form of a solid solution. It must be understood to refer to existing core-shell particles. At this time, the shell layer can be present so as to cover a part or all of the surface of the core, and the second composite oxide is present in a part or all of the shell layer. Can be done. Here, the second composite oxide existing in the shell layer can also be understood to mean a region corresponding to the second composite oxide in the solid solution.
上述したように、前記第1複合酸化物と前記第2複合酸化物が形成した固溶体は、コア-シェル粒子の形態で存在し、前記コア-シェル粒子は、球形状、棒形状、楕円形状および/または不定形の形状を有することができる。 As described above, the solid solution formed by the first composite oxide and the second composite oxide exists in the form of core-shell particles, and the core-shell particles are spherical, rod-shaped, elliptical and elliptical. / Or can have an amorphous shape.
また、前記正極活物質は、前記コア-シェル粒子および前記コア-シェル粒子が凝集して形成された単一の2次粒子それ自体であるか、前記2次粒子が複数個集まって形成された集合体であってもよい。 Further, the positive electrode active material is a single secondary particle itself formed by agglomeration of the core-shell particles and the core-shell particles, or is formed by a plurality of the secondary particles gathered together. It may be an aggregate.
本願で定義された第2複合酸化物は、下記の化学式1で表される粒子と定義され得る。下記の化学式1は、本願で言及された第2複合酸化物を独立して特定するために記載したものであって、本発明の一態様による正極活物質内存在する第2複合酸化物が第1複合酸化物と固溶体を形成した場合、後述する化学式3で表される。 The second complex oxide defined in the present application can be defined as a particle represented by the following chemical formula 1. The following chemical formula 1 is described for independently specifying the second composite oxide mentioned in the present application, and the second composite oxide present in the positive electrode active material according to one aspect of the present invention is the first. When a solid solution is formed with one composite oxide, it is represented by the chemical formula 3 described later.
[化学式1]
LiaM1bM2cOd
[Chemical formula 1]
Li a M1 b M2 c Od
(ここで、
M1は、Ni、Mn、Co、Cu、Nb、Mo、Al、Zn、Mg、CeおよびSnから選ばれる少なくとも一つであり、
M2は、Mn、Al、Ti、Zr、Mg、V、B、Mo、Zn、Nb、Ba、Ta、Fe、Cr、Sn、Hf、Ce、W、NdおよびGdから選ばれる少なくとも一つであり、
M1とM2は、互いに異なり、
0≦a≦6、0<b≦2、0<c≦2、4≦d≦8である。)
(here,
M1 is at least one selected from Ni, Mn, Co, Cu, Nb, Mo, Al, Zn, Mg, Ce and Sn.
M2 is at least one selected from Mn, Al, Ti, Zr, Mg, V, B, Mo, Zn, Nb, Ba, Ta, Fe, Cr, Sn, Hf, Ce, W, Nd and Gd. ,
M1 and M2 are different from each other
0 ≦ a ≦ 6, 0 <b ≦ 2, 0 <c ≦ 2, 4 ≦ d ≦ 8. )
より具体的に、M1は、Mn、Mg、CoおよびNiから選ばれる少なくとも一つであってもよい。 More specifically, M1 may be at least one selected from Mn, Mg, Co and Ni.
例えば、M1がNiであり、M2がWである場合、第2複合酸化物は、化学式LiaNibWcOdで表される。また、M1がCoであり、M2がWである場合、第2複合酸化物は、化学式LiaCobWcOdで表される。また、M1がMnであり、M2がWである場合、第2複合酸化物は、化学式LiaMnbWcOdで表される。また、M1がMgであり、M2がWである場合、第2複合酸化物は、化学式LiaMgbWcOdで表される。 For example, when M1 is Ni and M2 is W, the second composite oxide is represented by the chemical formula Lia Ni b W c Od . Further, when M1 is Co and M2 is W, the second composite oxide is represented by the chemical formula Li a Co b W c Od . When M1 is Mn and M2 is W, the second composite oxide is represented by the chemical formula Li a Mn b W c Od . When M1 is Mg and M2 is W, the second composite oxide is represented by the chemical formula Li a Mg b W c Od .
この際、第2複合酸化物は、化学式LiaNibWcOdで表される複合酸化物、化学式LiaCobWcOdで表される複合酸化物、化学式LiaMnbWcOdで表される複合酸化物および化学式LiaMgbWcOdで表される複合酸化物から選ばれる一つの複合酸化物を意味するか、またはLiaNibWcOdで表される複合酸化物、化学式LiaCobWcOdで表される複合酸化物、化学式LiaMnbWcOdで表される複合酸化物および化学式LiaMgbWcOdで表される複合酸化物から選ばれる複数の複合酸化物を同時に含むこともできる。ここで、LiaNibWcOdで表される複合酸化物は、Li4NiWO6、Li3NiWO6および/またはLi2Ni(WO4)2で表される複合酸化物であってもよいが、必ずこれらに制限されるものではない。 At this time, the second composite oxide is a composite oxide represented by the chemical formula Li a Ni b W c Od , a composite oxide represented by the chemical formula Li a Co b W c Od , and a chemical formula Li a Mn b W. It means one composite oxide selected from the composite oxide represented by c Od and the composite oxide represented by the chemical formula Li a Mg b W c Od , or in Li a Ni b W c O d . The composite oxide represented by the chemical formula Li a Co b W c Od , the composite oxide represented by the chemical formula Li a Mn b W c Od , and the chemical formula Li a Mg b W c Od. It is also possible to simultaneously contain a plurality of composite oxides selected from the composite oxides represented by. Here, the composite oxide represented by Li a Ni b W c Od is a composite oxide represented by Li 4 NiWO 6 , Li 3 Ni WO 6 and / or Li 2 Ni (WO 4 ) 2 . It may be, but it is not always limited to these.
また、他の実施例において、第2複合酸化物を表示する化学式1のうちM1は、異種の金属元素であってもよい。例えば、第2複合酸化物は、化学式Lia(Ni+Co)bWcOdで表される複合酸化物、化学式Lia(Ni+Mn)bWcOdで表される複合酸化物および化学式Lia(Ni+Mg)bWcOdで表される複合酸化物から選ばれる一つの複合酸化物を意味するか、または化学式LiaNibWcOdで表される複合酸化物、化学式LiaCobWcOdで表される複合酸化物、化学式LiaMnbWcOdで表される複合酸化物、化学式LiaMgbWcOdで表される複合酸化物、化学式Lia(Ni+Co)bWcOdで表される複合酸化物、化学式Lia(Ni+Mn)bWcOdで表される複合酸化物および化学式Lia(Ni+Mg)bWcOdで表される複合酸化物から選ばれる任意の組合せの複合酸化物を同時に含むこともできる。 Further, in another embodiment, M1 in the chemical formula 1 displaying the second composite oxide may be a different kind of metal element. For example, the second composite oxide is a composite oxide represented by the chemical formula Li a (Ni + Co) b W c Od , a composite oxide represented by the chemical formula Li a (Ni + Mn) b W c O d , and a chemical formula Li a . (Ni + Mg) means one composite oxide selected from the composite oxide represented by b W c Od, or a composite oxide represented by the chemical formula Li a Ni b W c O d , the chemical formula Li a Co. b Composite oxide represented by W c Od , composite oxide represented by chemical formula Li a Mn b W c Od , composite oxide represented by chemical formula Li a Mg b W c O d , chemical formula Li a (Ni + Co) Composite oxide represented by b W c Od , composite oxide represented by chemical formula Li a (Ni + Mn) b W c O d , and chemical formula Li a (Ni + Mg) b W c O d . Any combination of composite oxides selected from the composite oxides can also be included at the same time.
上述したように、第2複合酸化物は、第1複合酸化物と固溶体を形成して、正極活物質の構造的安定性および熱的安定性を向上させることが可能であるという前提下に、M1およびM2の種類によって多様な組成を有することができる。 As described above, on the premise that the second composite oxide can form a solid solution with the first composite oxide to improve the structural and thermal stability of the positive electrode active material. It can have various compositions depending on the type of M1 and M2.
この際、前記第2複合酸化物は、前記第1複合酸化物と同一または異なる結晶構造を有することができる。例えば、前記第2複合酸化物は、単斜晶系(monoclinic)、三斜晶系(triclinic)および等軸晶系(cubic)から選ばれる少なくとも一つの結晶構造を有することができる。また、前記シェル層に存在する前記第2複合酸化物は、リチウムリッチ金属酸化物(Lithium-rich metal oxide)であってもよい。 At this time, the second composite oxide may have the same or different crystal structure as the first composite oxide. For example, the second complex oxide can have at least one crystal structure selected from monoclinic, triclinic and cubic. Further, the second composite oxide present in the shell layer may be a lithium-rich metal oxide.
具体的な例として、M1がNiであり、M2がWであり、単斜晶系結晶構造を有する第2複合酸化物は、化学式LiaNibWcOdで表され、三斜晶系結晶構造を有する第2複合酸化物は、化学式LiaNib(WcOd)2で表される。 As a specific example, the second composite oxide having a monoclinic crystal structure in which M1 is Ni and M2 is W is represented by the chemical formula Lia Ni b W c Od and is triclinic. The second complex oxide having a crystal structure is represented by the chemical formula Li a Ni b (W c O d ) 2 .
一方、実際正極活物質のSEMまたはTEM写真においてコアとシェル層は、明確な境界をもって区分されにくいことがあるが、本願では、本明細書に記載された内容の理解を助けるために、正極活物質の構造をコアとシェル層とに区分して説明することとする On the other hand, in the SEM or TEM photograph of the positive electrode active material, the core and the shell layer may be difficult to be separated with a clear boundary, but in the present application, the positive electrode activity is used to help understanding the contents described in the present specification. The structure of the material will be explained separately for the core and shell layers.
すなわち、本願でコアは、第1複合酸化物が存在する領域であり、シェル層は、第2複合酸化物が存在する領域と定義され得、第1複合酸化物と第2複合酸化物が存在する領域の深さによってコアとシェル層の厚さ乃至大きさは変わることができる。 That is, in the present application, the core may be defined as a region in which the first composite oxide is present, and the shell layer may be defined as a region in which the second composite oxide is present, and the first composite oxide and the second composite oxide are present. The thickness or size of the core and shell layers can vary depending on the depth of the area to be covered.
この際、シェル層の厚さは、20nm、好ましくは10nm、より好ましくは5nm以下であってもよいが、必ずこれらに制限されるものではない。 At this time, the thickness of the shell layer may be 20 nm, preferably 10 nm, more preferably 5 nm or less, but is not necessarily limited to these.
また、シェル層がコアの表面のうち一部に存在する場合、シェル層が存在しないコアの表面に第1複合酸化物が外部に露出することもできるものと理解されなければならない。 It must also be understood that if the shell layer is present on a portion of the surface of the core, the first composite oxide can also be exposed to the outside on the surface of the core without the shell layer.
本願で定義された第1複合酸化物は、下記の化学式2で表される粒子と定義され得る。
The first complex oxide defined in the present application can be defined as a particle represented by the following
[化学式2]
LiwNi1-(x+y+z)CoxM3yM4zO2
[Chemical formula 2]
Li w Ni 1- (x + y + z) Co x M3 y M4 z O 2
(ここで、
M3は、MnおよびAlから選ばれる少なくとも一つであり、
M4は、Mn、Al、Ti、Zr、Mg、V、B、Mo、Zn、Nb、Ba、Ta、Fe、Cr、Sn、Hf、Ce、W、NdおよびGdから選ばれる少なくとも一つであり、
0.5≦w≦1.2、0.01≦x≦0.50、0.01≦y≦0.20、0.001≦z≦0.20である。)
(here,
M3 is at least one selected from Mn and Al,
M4 is at least one selected from Mn, Al, Ti, Zr, Mg, V, B, Mo, Zn, Nb, Ba, Ta, Fe, Cr, Sn, Hf, Ce, W, Nd and Gd. ,
0.5 ≦ w ≦ 1.2, 0.01 ≦ x ≦ 0.50, 0.01 ≦ y ≦ 0.20, 0.001 ≦ z ≦ 0.20. )
前記コア-シェル粒子は、隣り合ったコア-シェル粒子と互いに接してコア-シェル粒子の間の界面または結晶粒界(grain boundary)を形成することができる。また、前記コア-シェル粒子は、前記2次粒子の内部で隣り合ったコア-シェル粒子から離隔して内部孔隙を形成することもできる。 The core-shell particles can contact adjacent core-shell particles with each other to form an interface or grain boundary between the core-shell particles. In addition, the core-shell particles can also form internal pores inside the secondary particles separated from adjacent core-shell particles.
ここで、前記コア-シェル粒子の平均直径は、0.1μm~6.0μmであってもよく、前記2次粒子の平均直径は、6.0μm~20.0μmであってもよい。この際、前記コア-シェル粒子は、隣り合ったコア-シェル粒子と互いに接して結晶粒界を形成せず、内部孔隙と接することによって、前記2次粒子の内部に存在する表面を形成することができる。一方、前記2次粒子の最表面に存在する前記コア-シェル粒子が外気に露出した面は、前記2次粒子の表面を形成することになる。 Here, the average diameter of the core-shell particles may be 0.1 μm to 6.0 μm, and the average diameter of the secondary particles may be 6.0 μm to 20.0 μm. At this time, the core-shell particles do not contact each other with adjacent core-shell particles to form crystal grain boundaries, but form a surface existing inside the secondary particles by contacting with internal pores. Can be done. On the other hand, the surface of the core-shell particles present on the outermost surface of the secondary particles exposed to the outside air forms the surface of the secondary particles.
また、前記2次粒子の表面部に存在する前記コア-シェル粒子内に含まれたM2および/またはM4は、前記2次粒子の中心部に向かって減少する濃度勾配を示すことができる。すなわち、前記コア-シェル粒子内に形成されたM2および/またはM4の濃度勾配の方向は、前記2次粒子の表面部から前記2次粒子の中心部に向かう方向であってもよい。 Further, M2 and / or M4 contained in the core-shell particles present on the surface portion of the secondary particles can show a concentration gradient that decreases toward the central portion of the secondary particles. That is, the direction of the concentration gradient of M2 and / or M4 formed in the core-shell particles may be the direction from the surface portion of the secondary particles toward the center portion of the secondary particles.
より具体的に、前記コア-シェル粒子内に含まれたM2および/またはM4の濃度勾配は、前記コア-シェル粒子の中心部を基準として前記2次粒子の中心部側より前記2次粒子の表面部側で大きくてもよい。 More specifically, the concentration gradient of M2 and / or M4 contained in the core-shell particles is the concentration gradient of the secondary particles from the central portion side of the secondary particles with reference to the central portion of the core-shell particles. It may be large on the surface side.
この場合、前記2次粒子は、M2および/またはM4の濃度が互いに異なる第1領域および第2領域を含むことができる。 In this case, the secondary particles can include a first region and a second region in which the concentrations of M2 and / or M4 are different from each other.
ここで、前記コア-シェル粒子内に含まれたM2および/またはM4が前記2次粒子の中心部に向かって減少する濃度勾配を示す領域は、第1領域であってもよい。すなわち、本願で定義されたM2および/またはM4の濃度勾配は、単一のコア-シェル粒子を基準として現れる濃度勾配を意味するものである。 Here, the region showing a concentration gradient in which M2 and / or M4 contained in the core-shell particles decreases toward the center of the secondary particles may be the first region. That is, the concentration gradient of M2 and / or M4 defined in the present application means a concentration gradient that appears with respect to a single core-shell particle.
例えば、前記リチウム複合酸化物を形成する前記2次粒子の最表面から前記2次粒子の中心までの距離をRというとき、前記2次粒子の最表面からの距離R’が0~0.02Rである領域を第1領域と定義すると、前記第1領域内に存在するM2および/またはM4は、前記コア-シェル粒子内で前記2次粒子の中心部に向かって減少する濃度勾配を示すことができる。 For example, when the distance from the outermost surface of the secondary particles forming the lithium composite oxide to the center of the secondary particles is R, the distance R'from the outermost surface of the secondary particles is 0 to 0.02 R. When the region is defined as the first region, M2 and / or M4 existing in the first region show a concentration gradient that decreases toward the center of the secondary particles in the core-shell particles. Can be done.
反面、前記第1領域内に存在するNiは、M2および/またはM4と反対に、前記コア-シェル粒子内で前記2次粒子の中心部に向かって増加する濃度勾配を示すことができる。ここで、前記2次粒子の中心部は、前記2次粒子の真ん中を指すことができる。 On the other hand, Ni present in the first region can show a concentration gradient increasing toward the center of the secondary particles in the core-shell particles, contrary to M2 and / or M4. Here, the central portion of the secondary particles can point to the center of the secondary particles.
この際、前記第1領域内に存在する前記コア-シェル粒子内に含まれたM2および/またはM4の濃度変化率は、50%以上、好ましくは60%以上であってもよいが、必ずこれに制限されるものではない。 At this time, the concentration change rate of M2 and / or M4 contained in the core-shell particles existing in the first region may be 50% or more, preferably 60% or more, but this is always the case. It is not limited to.
また、前記第1領域を除いた残りの領域が第2領域と定義され得、前記2次粒子の最表面からの距離R’が0~0.02Rである領域を第1領域と定義すれば、前記2次粒子の最表面からの距離R’が0.02R超過1.0Rである領域を第2領域と定義することができる。ここで、前記第2領域内に存在する前記コア-シェル粒子内に含まれたM2および/またはM4は、前記コア-シェル粒子内で一定方向に濃度が増加または減少する形態の濃度勾配を有してなくてもよい。 Further, the remaining region excluding the first region can be defined as the second region, and the region where the distance R'from the outermost surface of the secondary particles is 0 to 0.02R is defined as the first region. The region where the distance R'from the outermost surface of the secondary particles is more than 0.02R and 1.0R can be defined as the second region. Here, M2 and / or M4 contained in the core-shell particles existing in the second region have a concentration gradient in a form in which the concentration increases or decreases in a certain direction in the core-shell particles. You don't have to.
他の実施例において、前記第2領域内に存在する前記コア-シェル粒子内M2および/またはM4の濃度変化率は、49%以下、好ましくは30%以下、より好ましくは15%以下であってもよい。 In another embodiment, the concentration change rate of M2 and / or M4 in the core-shell particles present in the second region is 49% or less, preferably 30% or less, more preferably 15% or less. May be good.
また、この場合、前記第1領域および前記第2領域に存在する前記コア-シェル粒子内に含まれたCoおよびM3の濃度変化率は、49%以下、好ましくは30%以下、より好ましくは15%以下であってもよい。 Further, in this case, the concentration change rate of Co and M3 contained in the core-shell particles existing in the first region and the second region is 49% or less, preferably 30% or less, more preferably 15. It may be less than or equal to%.
上述したように、前記リチウム複合酸化物を構成する前記2次粒子がM2および/またはM4の濃度が互いに異なる第1領域および第2領域に区切られ、M2および/またはM4は、前記第1領域および前記第2領域内で異なる様態の濃度勾配を示すことによって、前記リチウム複合酸化物の構造的安定性および熱的安定性(高温貯蔵安定性)を向上させることができる。 As described above, the secondary particles constituting the lithium composite oxide are divided into a first region and a second region in which the concentrations of M2 and / or M4 are different from each other, and M2 and / or M4 is the first region. And by showing different modes of concentration gradient within the second region, the structural stability and thermal stability (high temperature storage stability) of the lithium composite oxide can be improved.
また、上述した濃度勾配を有するコアを含む正極活物質は、活物質内リチウムイオン伝導性が向上するにつれて、正極活物質の寿命特性、効率特性および抵抗などのような電気化学的特性も、従来の正極活物質に比べて向上することができる。 In addition, as the lithium ion conductivity in the active material is improved, the positive electrode active material including the core having the above-mentioned concentration gradient also has the conventional electrochemical characteristics such as the life characteristic, the efficiency characteristic and the resistance of the positive electrode active material. It can be improved as compared with the positive electrode active material of.
先立って説明したように、前記第1複合酸化物の表面のうち少なくとも一部に存在する前記第2複合酸化物は、前記第1複合酸化物と固溶体を形成した状態で存在することができる。 As described above, the second composite oxide present on at least a part of the surface of the first composite oxide can exist in a state of forming a solid solution with the first composite oxide.
ここで、前記固溶体は、下記の化学式3で表される。 Here, the solid solution is represented by the following chemical formula 3.
[化学式3]
LiaM1bM2cOd-LiwNi1-(x+y+z)CoxM3yM4zO2
[Chemical formula 3]
Li a M1 b M2 c Od -Li w Ni 1- (x + y + z) Co x M3 y M4 z O 2
(ここで、
M1は、Ni、Mn、Co、Cu、Nb、Mo、Al、Zn、Mg、CeおよびSnから選ばれる少なくとも一つであり、
M2は、Mn、Al、Ti、Zr、Mg、V、B、Mo、Zn、Nb、Ba、Ta、Fe、Cr、Sn、Hf、Ce、W、NdおよびGdから選ばれる少なくとも一つであり、
M3は、MnおよびAlから選ばれる少なくとも一つであり、
M4は、Mn、Al、Ti、Zr、Mg、V、B、Mo、Zn、Nb、Ba、Ta、Fe、Cr、Sn、Hf、Ce、W、NdおよびGdから選ばれる少なくとも一つであり、
M1とM2は、互いに異なり、
0≦a≦6、0<b≦2、0<c≦2、4≦d≦8であり、
0.5≦w≦1.5、0.01≦x≦0.50、0.01≦y≦0.20、0.001≦z≦0.20である。)
(here,
M1 is at least one selected from Ni, Mn, Co, Cu, Nb, Mo, Al, Zn, Mg, Ce and Sn.
M2 is at least one selected from Mn, Al, Ti, Zr, Mg, V, B, Mo, Zn, Nb, Ba, Ta, Fe, Cr, Sn, Hf, Ce, W, Nd and Gd. ,
M3 is at least one selected from Mn and Al,
M4 is at least one selected from Mn, Al, Ti, Zr, Mg, V, B, Mo, Zn, Nb, Ba, Ta, Fe, Cr, Sn, Hf, Ce, W, Nd and Gd. ,
M1 and M2 are different from each other
0 ≦ a ≦ 6, 0 <b ≦ 2, 0 <c ≦ 2, 4 ≦ d ≦ 8
0.5 ≦ w ≦ 1.5, 0.01 ≦ x ≦ 0.50, 0.01 ≦ y ≦ 0.20, 0.001 ≦ z ≦ 0.20. )
より具体的に、M2は、M4またはM4のうち一部と同一であってもよい。すなわち、M2とM4が単一の元素である場合、M2とM4は、同一であってもよく、M2とM4がそれぞれ複数の元素である場合、M2全部または一部は、M4全部または一部と同一であってもよい。 More specifically, M2 may be identical to a portion of M4 or M4. That is, when M2 and M4 are single elements, M2 and M4 may be the same, and when M2 and M4 are each a plurality of elements, all or part of M2 is all or part of M4. May be the same as.
ここで、M2全部または一部がM4全部または一部と同一であるとき、M2およびM4は、前記正極活物質の表面部から前記正極活物質の中心部に向かって減少する濃度勾配を有することができる。 Here, when all or part of M2 is the same as all or part of M4, M2 and M4 have a concentration gradient that decreases from the surface portion of the positive electrode active material toward the center of the positive electrode active material. Can be done.
他の実施例において、前記固溶体は、下記の化学式3-1で表される。 In another embodiment, the solid solution is represented by the following chemical formula 3-1.
[化学式3-1]
LiaM1bWcOd-LiwNi1-(x+y+z)CoxM2yM3zO2
[Chemical formula 3-1]
Li a M1 b W c Od -Li w Ni 1- (x + y + z) Co x M2 y M3 z O 2
(ここで、
M1は、Ni、Mn、Co、Fe、Cu、Nb、Mo、Ti、Al、Cr、Zr、Zn、Na、K、Ca、Mg、Pt、Au、B、P、Eu、Sm、Ce、V、Ba、Ta、Sn、Hf、Ce、GdおよびNdから選ばれる少なくとも一つであり、
M2は、MnおよびAlから選ばれる少なくとも一つであり、
M3は、Mn、Al、Ti、Zr、Mg、V、B、Mo、Zn、Nb、Ba、Ta、Fe、Cr、Sn、Hf、Ce、W、NdおよびGdから選ばれる少なくとも一つであり、
0≦a≦6、0≦b≦2、0≦c≦2、4≦d≦8、0.5≦w≦1.5、0.01≦x≦0.50、0.01≦y≦0.20、0.001≦z≦0.20である。)
(here,
M1 is Ni, Mn, Co, Fe, Cu, Nb, Mo, Ti, Al, Cr, Zr, Zn, Na, K, Ca, Mg, Pt, Au, B, P, Eu, Sm, Ce, V. , Ba, Ta, Sn, Hf, Ce, Gd and Nd.
M2 is at least one selected from Mn and Al,
M3 is at least one selected from Mn, Al, Ti, Zr, Mg, V, B, Mo, Zn, Nb, Ba, Ta, Fe, Cr, Sn, Hf, Ce, W, Nd and Gd. ,
0 ≦ a ≦ 6, 0 ≦ b ≦ 2, 0 ≦ c ≦ 2, 4 ≦ d ≦ 8, 0.5 ≦ w ≦ 1.5, 0.01 ≦ x ≦ 0.50, 0.01 ≦ y ≦ 0.20, 0.001 ≦ z ≦ 0.20. )
ここで、M3は、Wであるか、またはWを含むことができる。すなわち、M3が単一の元素である場合、M3は、Wである反面、M3が複数の元素である場合、M3は、WとWでない元素を含むことができる。M3がWであるか、またはWを含むとき、Wおよび(存在する場合)Wでない元素は、前記正極活物質の表面部から前記正極活物質の中心部に向かって減少する濃度勾配を有することができる。 Here, M3 can be W or can include W. That is, when M3 is a single element, M3 is W, while when M3 is a plurality of elements, M3 can contain W and non-W elements. When M3 is W or contains W, the elements W and non-W (if present) have a concentration gradient that decreases from the surface of the positive electrode active material towards the center of the positive electrode active material. Can be done.
前記正極活物質のうち前記の化学式3および/または化学式3-1で表される固溶体の存在の有無は、XPS分析、Raman shift分析および/またはXRD分析結果等を通して確認することができる。 The presence or absence of the solid solution represented by the chemical formula 3 and / or the chemical formula 3-1 in the positive electrode active material can be confirmed through XPS analysis, Raman shift analysis and / or XRD analysis results and the like.
XRD分析結果の場合、前記の化学式3および/または化学式3-1で表される固溶体形態のリチウム複合酸化物が存在する場合、前記固溶体は、前記第1複合酸化物と前記第2複合酸化物の回折ピーク特性を同時に示すことができる。 In the case of the XRD analysis result, when the lithium composite oxide in the form of a solid solution represented by the chemical formula 3 and / or the chemical formula 3-1 is present, the solid solution is the first composite oxide and the second composite oxide. Diffraction peak characteristics can be shown at the same time.
例えば、化学式3で表される固溶体において、M1がNiであり、M2がWである第2複合酸化物とM3がAlであり、M4がWである第1複合酸化物が固溶体を形成する場合、固溶体は、化学式LiaNibWcOd-LiwNi1-(x+y+z)CoxAlyWzO2で表され、この際、固溶体は、LiaNibWcOdに特異的な回折ピーク特性とLiwNi1-(x+y+z)CoxAlyWzO2に特異的な回折ピーク特性を同時に示すことができる。 For example, in a solid solution represented by the chemical formula 3, a second complex oxide in which M1 is Ni and M2 is W and a first composite oxide in which M3 is Al and M4 is W form a solid solution. , The solid solution is represented by the chemical formula Li a Ni b W c Od -Li w Ni 1- (x + y + z) Co x Al y W z O 2 , where the solid solution is specific to Li a Ni b W c O d . Diffraction peak characteristics and Li w Ni 1- (x + y + z) Co x Aly W z O 2 specific diffraction peak characteristics can be exhibited at the same time.
また、化学式3-1で表される固溶体において、M1がNiである第2複合酸化物とM2がAlであり、M3がWである第1複合酸化物が固溶体を形成する場合、固溶体は、化学式LiaNibWcOd-LiwNi1-(x+y+z)CoxAlyWzO2で表され、この際、固溶体は、LiaNibWcOdに特異的な回折ピーク特性とLiwNi1-(x+y+z)CoxAlyWzO2に特異的な回折ピーク特性を同時に示すことができる。 Further, in the solid solution represented by the chemical formula 3-1 when the second complex oxide in which M1 is Ni and the first composite oxide in which M2 is Al and M3 is W form a solid solution, the solid solution is: The chemical formula Li a Ni b W c Od -Li w Ni 1- (x + y + z) is represented by Co x Al y W z O 2 , in which the solid solution is a diffraction peak specific to Li a Ni b W c Od . Characteristics and Li w Ni 1- (x + y + z) Co x Al y W z O 2 specific diffraction peak characteristics can be exhibited at the same time.
この場合、前記の化学式3および/または化学式3-1で表される固溶体形態のリチウム複合酸化物は、前記リチウム複合酸化物に対してCuKα線を利用したXRD(X-ray diffraction)分析時に、X線回折スペクトルが2θ=15°~20°の範囲で(001)結晶面および(003)結晶面にそれぞれ対応するピークと2θ=44°~50°の範囲で(104)結晶面に対応するピークを有することができる。また、前記の化学式3および/または化学式3-1で表される固溶体形態のリチウム複合酸化物は、2θ=42°~44°の範囲で(20-2)結晶面に対応するピークを有することができる。 In this case, the solid solution form of the lithium composite oxide represented by the chemical formula 3 and / or the chemical formula 3-1 is used in XRD (X-ray diffraction) analysis using CuKα rays for the lithium composite oxide. The X-ray diffraction spectrum corresponds to the peak corresponding to the (001) crystal plane and the (003) crystal plane in the range of 2θ = 15 ° to 20 ° and the (104) crystal plane in the range of 2θ = 44 ° to 50 °, respectively. Can have a peak. Further, the lithium composite oxide in the solid solution form represented by the above chemical formulas 3 and / or chemical formula 3-1 has a peak corresponding to the (20-2) crystal plane in the range of 2θ = 42 ° to 44 °. Can be done.
また、前記の化学式3-1で表される固溶体形態のリチウム複合酸化物は、前記リチウム複合酸化物に対するXPS(X-ray photoelectron spectroscopy)分析時に、W4fおよびO1sに対するピークにおいてLiaNibWcOdに特異的なピーク特性とLiwNi1-(x+y+z)CoxAlyWzO2に特異的なピーク特性を同時に示すことができる。 Further, the lithium composite oxide in the form of a solid solution represented by the chemical formula 3-1 is Li a Ni b W c at the peak for W4f and O1s during XPS (X-ray photoelectron spectroscopy) analysis for the lithium composite oxide. It is possible to simultaneously show peak characteristics specific to Od and peak characteristics specific to Li w Ni 1- (x + y + z) Co x Al y W z O 2 .
具体的に、前記リチウム複合酸化物に対するXPS分析時に、W4f7/2に対応するピークは、35.5eV以下、好ましくは34.0eV~35.0eVの範囲内に存在することができる。 Specifically, at the time of XPS analysis for the lithium composite oxide, the peak corresponding to W4f 7/2 can be present in the range of 35.5 eV or less, preferably 34.0 eV to 35.0 eV.
また、前記リチウム複合酸化物に対するXPS分析時に、W4f7/2に対応するピークは、37.5eV以下、好ましくは36.0eV~37.0eVの範囲内に存在することができる。 Further, during the XPS analysis of the lithium composite oxide, the peak corresponding to W4f 7/2 can be present in the range of 37.5 eV or less, preferably 36.0 eV to 37.0 eV.
LiaNibWcOd組成の酸化物のW6+に対するW4f7/2ピークは、34.0eV~35.0eVの範囲内に存在し、W4f5/2ピークは、36.0eV~37.0eVの範囲内に存在することができる。反面、LiaWcOdまたはWcOd組成の酸化物のO2-に対するW4f7/2ピークは、35.0eVを超過する範囲に存在し、W4f5/2ピークは、37.0eVを超過する範囲に存在することを確認することができる。 The W4f 7/2 peak for W 6+ of the oxide of Li a Ni b W c Od composition is in the range of 34.0 eV to 35.0 eV, and the W4f 5/2 peak is 36.0 eV to 37. It can be in the range of 0 eV. On the other hand, the W4f 7/2 peak with respect to O 2- of the oxide of Li a W c Od or W c Od composition exists in the range exceeding 35.0 eV, and the W4f 5/2 peak is 37.0 eV. It can be confirmed that it exists in the range exceeding.
したがって、本発明の一実施例による正極活物質に含まれた前記リチウム複合酸化物に対するXPS分析時に、34.0eV~35.0eVの範囲内にW4f7/2ピークが存在し、36.0eV~37.0eVの範囲内にW4f5/2ピークが存在することによって、前記リチウム複合酸化物は、LiaNibWcOd固有のピークを示す。 Therefore, at the time of XPS analysis for the lithium composite oxide contained in the positive electrode active material according to the embodiment of the present invention, a W4f 7/2 peak exists in the range of 34.0 eV to 35.0 eV, and 36.0 eV to 36.0 eV. By the presence of the W4f 5/2 peak within the range of 37.0 eV, the lithium composite oxide exhibits a peak peculiar to Li a Ni b W c Od .
また、前記リチウム複合酸化物に対するXPS分析時に、O1sに対応するピークは、528.0eV~530.0eVの範囲および530.0eV~531.0eVの範囲内にそれぞれ存在することができる。 Further, during XPS analysis of the lithium composite oxide, peaks corresponding to O1s can be present in the range of 528.0 eV to 530.0 eV and the range of 530.0 eV to 531.0 eV, respectively.
LiwNi1-(x+y+z)CoxAlyWzO2の組成の酸化物のO-M3+結合に対するピークは、528.0eV~529.0eVの範囲で現れる。LiaNibWcOd組成の酸化物のO2-に対するピークは、530.0eV~531.0eVの範囲で存在するが、LiaWcOdおよびWcOd組成の酸化物も、530.0eV~531.0eVの範囲内でO2-に対するピークが現れるので、それぞれの酸化物を区別しにくいことがある。 The peak for the OM 3 + bond of the oxide composition of Li w Ni 1- (x + y + z) Co x Aly W z O 2 appears in the range of 528.0 eV to 529.0 eV. The peak of the oxides of Li a Ni b W c Od composition with respect to O 2- exists in the range of 530.0 eV to 531.0 eV, but the oxides of Li a W c Od and W c Od compositions also exist. , Since the peak for O 2- appears in the range of 530.0 eV to 531.0 eV, it may be difficult to distinguish each oxide.
本発明の一実施例による正極活物質に含まれた前記リチウム複合酸化物は、XPS分析時に、O1sスペクトル内でLiwNi1-(x+y+z)CoxAlyWzO2の組成の酸化物のO-M3+結合に対応するピークとともに、LiaNibWcOd組成の酸化物のO2-に対するピークを同時に有することができる。530.0eV~531.0eVの範囲内でのピークは、後述する合金酸化物によるものであってもよい。 The lithium composite oxide contained in the positive electrode active material according to an embodiment of the present invention is an oxide having a composition of Li w Ni 1- (x + y + z) Co x Al y W z O 2 in the O1s spectrum at the time of XPS analysis. It is possible to simultaneously have a peak for O -2- of the oxide of Li a Ni b W c Od composition with a peak corresponding to the OM 3 + bond of. The peak in the range of 530.0 eV to 531.0 eV may be due to the alloy oxide described later.
上述したように、前記の化学式3および/または化学式3-1で表される固溶体を含む正極活物質は、活物質内、特に活物質の表面でのリチウムイオン伝導性が向上するにつれて、正極活物質の寿命特性、効率特性および抵抗などのような電気化学的特性も、従来の正極活物質に比べて向上することができる。 As described above, the positive electrode active material containing the solid solution represented by the above chemical formulas 3 and / or chemical formula 3-1 is active as the positive electrode activity is improved as the lithium ion conductivity in the active material, particularly on the surface of the active material is improved. Electrochemical properties such as life properties, efficiency properties and resistance of the material can also be improved as compared to conventional positive electrode active materials.
また、他の実施例において、正極活物質は、前記1次粒子および/または前記1次粒子が凝集して形成された2次粒子の少なくとも一部をカバーするコーティング層を含むことができる。 Further, in another embodiment, the positive electrode active material can include a coating layer that covers at least a part of the primary particles and / or the secondary particles formed by agglomeration of the primary particles.
例えば、前記コーティング層は、前記1次粒子であるコア-シェル粒子の露出した表面のうち少なくとも一部をカバーするように存在することができる。特に、前記コーティング層は、前記2次粒子の最外郭に存在する前記1次粒子であるコア-シェル粒子の露出した表面のうち少なくとも一部をカバーするように存在することができる。 For example, the coating layer can be present to cover at least a portion of the exposed surface of the core-shell particles, which are the primary particles. In particular, the coating layer can be present so as to cover at least a portion of the exposed surface of the core-shell particles, which are the primary particles present in the outermost shell of the secondary particles.
このように存在するコーティング層は、正極活物質の物理的および電気化学的特性の向上に寄与することができる。 The coating layer thus present can contribute to the improvement of the physical and electrochemical properties of the positive electrode active material.
この際、前記2次粒子の最外郭に存在する1次粒子であるコア-シェル粒子において前記シェル層が前記コアの表面のうち一部をカバーする場合、前記コーティング層は、前記シェル層によってカバーされない前記コアの表面のうち少なくとも一部をカバーしたり、前記シェル層の少なくとも一部をカバーするように存在することができる。 At this time, when the shell layer covers a part of the surface of the core in the core-shell particles which are the primary particles existing in the outermost part of the secondary particles, the coating layer is covered by the shell layer. It can be present to cover at least a portion of the surface of the core that is not, or to cover at least a portion of the shell layer.
また、前記コーティング層は、下記の化学式4で表される合金酸化物が存在する領域と定義され得る。 Further, the coating layer can be defined as a region in which an alloy oxide represented by the following chemical formula 4 is present.
[化学式4]
LieM5fOg
[Chemical formula 4]
Li e M5 f Og
(ここで、
M5は、Mn、Al、Ti、Zr、Mg、V、B、Mo、Zn、Nb、Ba、Ca、Ta、Fe、Cr、Sn、Hf、Ce、W、NdおよびGdから選ばれる少なくとも一つであり、
0≦e≦6、0<f≦6、0<g≦10である。)
(here,
M5 is at least one selected from Mn, Al, Ti, Zr, Mg, V, B, Mo, Zn, Nb, Ba, Ca, Ta, Fe, Cr, Sn, Hf, Ce, W, Nd and Gd. And
0 ≦ e ≦ 6, 0 <f ≦ 6, 0 <g ≦ 10. )
前記合金酸化物は、前記第1複合酸化物と物理的および/または化学的に結合した状態であってもよい。また、前記合金酸化物は、前記第2複合酸化物と物理的および/または化学的に結合した状態であってもよい。また、前記合金酸化物は、前記第1複合酸化物と前記第2複合酸化物が形成した固溶体と物理的および/または化学的に結合した状態であってもよい。 The alloy oxide may be in a state of being physically and / or chemically bonded to the first composite oxide. Further, the alloy oxide may be in a state of being physically and / or chemically bonded to the second composite oxide. Further, the alloy oxide may be in a state of being physically and / or chemically bonded to the solid solution formed by the first composite oxide and the second composite oxide.
上述したように、本実施例による正極活物質は、上述した合金酸化物を含むことによって、構造的な安定性が高まることができ、このような正極活物質をリチウム二次電池に使用する場合、正極活物質の高温貯蔵安定性および寿命特性が向上することができる。また、前記合金酸化物は、前記正極活物質内リチウムイオンの移動経路(pathway)として作用することによって、リチウム二次電池の効率特性を向上させるのに影響を与えることができる。 As described above, the positive electrode active material according to the present embodiment can enhance the structural stability by containing the alloy oxide described above, and when such a positive electrode active material is used in a lithium secondary battery. , High temperature storage stability and life characteristics of the positive electrode active material can be improved. Further, the alloy oxide can affect the improvement of the efficiency characteristics of the lithium secondary battery by acting as a pathway of lithium ions in the positive electrode active material.
また、場合によって、前記合金酸化物は、前記コア-シェル粒子間の界面および前記2次粒子の表面のうち少なくとも一部だけでなく、前記2次粒子の内部に形成された内部孔隙にも存在することができる。 Further, in some cases, the alloy oxide is present not only in at least a part of the interface between the core and shell particles and the surface of the secondary particles, but also in the internal pores formed inside the secondary particles. can do.
前記の化学式4を通じて示したように、前記合金酸化物は、リチウムとM5で表される金属元素が複合化された酸化物であって、前記合金酸化物は、例えば、Li(W)O、Li(Zr)O、Li(Ti)O、Li(B)O、WOx、ZrOx、TiOxなどであってもよいが、上述した例は、理解を助けるために便宜上記載したものに過ぎず、本願で定義された前記合金酸化物は、上述した例に制限されない。したがって、後述する実験例では、便宜上化学式4で表される代表的な合金酸化物のいくつかの例示に対する実験結果を記載することとする。 As shown through the above chemical formula 4, the alloy oxide is an oxide in which lithium and a metal element represented by M5 are composited, and the alloy oxide is, for example, Li (W) O. It may be Li (Zr) O, Li (Ti) O, Li (B) O, WO x , ZrO x , TiO x , etc., but the above examples are provided for convenience only for the sake of understanding. However, the alloy oxides defined in the present application are not limited to the above-mentioned examples. Therefore, in the experimental examples described later, the experimental results for some examples of typical alloy oxides represented by the chemical formula 4 will be described for convenience.
他の実施例において、前記合金酸化物は、リチウムとM5で表される少なくとも2種の金属元素が複合化された酸化物であるか、またはリチウムとM5で表される少なくとも2種の金属元素が複合化された酸化物をさらに含むことができる。リチウムとM5で表される少なくとも2種の金属元素が複合化された合金酸化物は、例えば、Li(W/Ti)O、Li(W/Zr)O、Li(W/Ti/Zr)O、Li(W/Ti/B)Oなどであってもよいが、必ずこれらに制限されるものではない。 In another embodiment, the alloy oxide is an oxide in which at least two metal elements represented by lithium and M5 are combined, or at least two metal elements represented by lithium and M5. Can further contain a complexed oxide. The alloy oxide in which at least two kinds of metal elements represented by lithium and M5 are compounded is, for example, Li (W / Ti) O, Li (W / Zr) O, Li (W / Ti / Zr) O. , Li (W / Ti / B) O and the like, but are not necessarily limited to these.
また、この場合、リチウムタングステン酸化物内に少なくとも1種の金属元素がドーピングされた格子構造を有することができる。すなわち、前記の合金酸化物は、リチウムタングステン酸化物(例えば、Li2WO4、Li2W2O7、Li4WO5、Li6WO6またはLi6W2O9)が形成する格子構造内タングステンのうち一部が金属元素で置換された格子構造を有することになる。ここで、格子構造内タングステンを置換する金属元素としては、Mn、Al、Ti、Zr、Mg、V、B、Mo、Zn、Nb、Ba、Ca、Ta、Fe、Cr、Sn、Hf、Ce、NdおよびGdから選ばれる少なくとも一つが使用され得る。 Further, in this case, it is possible to have a lattice structure in which at least one metal element is doped in the lithium tungsten oxide. That is, the alloy oxide has a lattice structure formed by a lithium tungsten oxide (eg, Li 2 WO 4 , Li 2 W 2 O 7 , Li 4 WO 5 , Li 6 WO 6 or Li 6 W 2 O 9 ). It will have a lattice structure in which a part of the inner tungsten is replaced with a metal element. Here, examples of the metal element that replaces tungsten in the lattice structure include Mn, Al, Ti, Zr, Mg, V, B, Mo, Zn, Nb, Ba, Ca, Ta, Fe, Cr, Sn, Hf, and Ce. , Nd and at least one selected from Gd can be used.
一実施例において、前記合金酸化物は、前記2次粒子の表面部から前記2次粒子の中心部に向かって減少する濃度勾配を示すことができる。これに伴い、前記合金酸化物の濃度は、前記2次粒子の最表面から前記2次粒子の中心部に向かって減少することができる。 In one embodiment, the alloy oxide can exhibit a concentration gradient that decreases from the surface portion of the secondary particles toward the center portion of the secondary particles. Along with this, the concentration of the alloy oxide can be reduced from the outermost surface of the secondary particles toward the center of the secondary particles.
上述したように、前記合金酸化物が前記2次粒子の表面部から前記2次粒子の中心部に向かって減少する濃度勾配を示すことによって、前記正極活物質の表面に存在する残留リチウムを効果的に減少させて、未反応の残留リチウムによる副反応を未然に防止することができると共に、前記合金酸化物により前記正極活物質の表面内側領域での結晶性が低下するのを防止することができる。また、合金酸化物により電気化学反応中に正極活物質の全体的な構造崩壊を防止することができる As described above, the residual lithium present on the surface of the positive electrode active material is effective by showing a concentration gradient in which the alloy oxide decreases from the surface portion of the secondary particles toward the center portion of the secondary particles. It is possible to prevent side reactions due to unreacted residual lithium in advance, and to prevent the alloy oxide from deteriorating the crystallinity in the surface inner region of the positive electrode active material. can. In addition, the alloy oxide can prevent the overall structural collapse of the positive electrode active material during the electrochemical reaction.
他の実施例において、前記合金酸化物は、下記の化学式5で表される第1合金酸化物および下記の化学式6で表される第2合金酸化物を含むことができる。
In another embodiment, the alloy oxide can include a first alloy oxide represented by the following
[化学式5]
LihWiOj
[Chemical formula 5]
Li h Wi O j
(ここで、0≦i≦6、0<j≦6、0<k≦10である。) (Here, 0 ≦ i ≦ 6, 0 <j ≦ 6, 0 <k ≦ 10).
[化学式6]
LikM6lOm
[Chemical formula 6]
Li k M6 l O m
(ここで、
M6は、Ti、Zr、Mg、V、B、Mo、Zn、Nb、Ba、Ca、Ta、Fe、Cr、Sn、Hf、Ce、NdおよびGdから選ばれる少なくとも一つであり、
0≦k≦6、0<l≦6、0<m≦10である。)
(here,
M6 is at least one selected from Ti, Zr, Mg, V, B, Mo, Zn, Nb, Ba, Ca, Ta, Fe, Cr, Sn, Hf, Ce, Nd and Gd.
0 ≦ k ≦ 6, 0 <l ≦ 6, 0 <m ≦ 10. )
この際、前記第1合金酸化物および前記第2合金酸化物は、前記2次粒子の表面部から前記2次粒子の中心部に向かって減少する濃度勾配を示すことができる。これに伴い、前記第1合金酸化物および前記第2合金酸化物の濃度は、前記2次粒子の最表面から前記2次粒子の中心部に向かって減少することができる。 At this time, the first alloy oxide and the second alloy oxide can show a concentration gradient that decreases from the surface portion of the secondary particles toward the center portion of the secondary particles. Along with this, the concentrations of the first alloy oxide and the second alloy oxide can be reduced from the outermost surface of the secondary particles toward the center of the secondary particles.
この際、前記第2合金酸化物の濃度減少率は、前記第1合金酸化物の濃度減少率より大きいことが好ましく、前記第2合金酸化物の濃度減少率が前記第1合金酸化物の濃度減少率より大きいことによって、合金酸化物を含む正極活物質の構造的安定性が維持され得る。また、前記正極活物質内効率的なリチウムイオンの移動経路(pathway)を形成することによって、リチウム二次電池の効率特性を向上させるのに肯定的に作用することができる。 At this time, the concentration reduction rate of the second alloy oxide is preferably larger than the concentration reduction rate of the first alloy oxide, and the concentration reduction rate of the second alloy oxide is the concentration of the first alloy oxide. By being greater than the rate of decrease, the structural stability of the positive electrode active material, including the alloy oxides, can be maintained. Further, by forming an efficient pathway of lithium ions in the positive electrode active material, it can positively act to improve the efficiency characteristics of the lithium secondary battery.
さらに、前記合金酸化物は、下記の化学式7で表される第3合金酸化物を含むことができる。 Further, the alloy oxide can include a third alloy oxide represented by the following chemical formula 7.
[化学式7]
LinW1-oM7oOp
[Chemical formula 7]
Li n W 1-o M7 o Op
(ここで、
M7は、Ti、Zr、Mg、V、B、Mo、Zn、Nb、Ba、Ta、Fe、Cr、Sn、Hf、Ce、NdおよびGdから選ばれる少なくとも一つであり、
0≦n≦6、0<o≦0.50、0<p≦6である。)
(here,
M7 is at least one selected from Ti, Zr, Mg, V, B, Mo, Zn, Nb, Ba, Ta, Fe, Cr, Sn, Hf, Ce, Nd and Gd.
0 ≦ n ≦ 6, 0 <o ≦ 0.50, 0 <p ≦ 6. )
ここで、前記第3合金酸化物は、格子構造内タングステンのうち一部がM7で置換された格子構造を有することができる。 Here, the third alloy oxide can have a lattice structure in which a part of the tungsten in the lattice structure is substituted with M7.
上述したように、本発明の多様な実施例による正極活物質を含む正極をリチウム二次電池の正極として使用する場合、高温貯蔵安定性および寿命特性をさらに向上させることができる。 As described above, when the positive electrode containing the positive electrode active material according to various embodiments of the present invention is used as the positive electrode of the lithium secondary battery, the high temperature storage stability and the life characteristics can be further improved.
リチウム二次電池
本発明のさらに他の態様によれば、正極集電体と、前記正極集電体上に形成された正極活物質層とを含む正極が提供され得る。ここで、前記正極活物質層は、本発明の多様な実施例による正極活物質を含むことができる。したがって、正極活物質は、上記で説明したことと同一なので、便宜上、具体的な説明を省略し、以下では、残りの前述しない構成のみについては、説明することとする。
Lithium Secondary Battery According to still another aspect of the present invention, a positive electrode including a positive electrode current collector and a positive electrode active material layer formed on the positive electrode current collector can be provided. Here, the positive electrode active material layer can contain the positive electrode active material according to various examples of the present invention. Therefore, since the positive electrode active material is the same as that described above, a specific description thereof will be omitted for convenience, and only the remaining configurations not described above will be described below.
前記正極集電体は、電池に化学的変化を誘発せず、導電性を有するものであれば、特に制限されるものではなく、例えばステンレススチール、アルミニウム、ニッケル、チタン、焼成炭素またはアルミニウムやステンレススチールの表面に炭素、ニッケル、チタン、銀などで表面処理したものなどが使用され得る。また、前記正極集電体は、通常、3~500μmの厚さを有し得、前記集電体の表面上に微細な凹凸を形成して、正極活物質の接着力を高めることもできる。例えばフィルム、シート、ホイール、ネット、多孔質体、発泡体、不織布体など多様な形態で使用され得る。 The positive electrode current collector is not particularly limited as long as it does not induce chemical changes in the battery and has conductivity, and is not particularly limited, for example, stainless steel, aluminum, nickel, titanium, calcined carbon, aluminum, or stainless steel. A surface-treated steel surface with carbon, nickel, titanium, silver or the like can be used. Further, the positive electrode current collector can usually have a thickness of 3 to 500 μm, and fine irregularities can be formed on the surface of the current collector to enhance the adhesive force of the positive electrode active material. For example, it can be used in various forms such as a film, a sheet, a wheel, a net, a porous body, a foam, and a non-woven fabric.
前記正極活物質層は、前記正極活物質と共に、導電材および必要に応じて選択的にバインダーを含むことができる。 The positive electrode active material layer may contain a conductive material and, if necessary, a binder selectively together with the positive electrode active material.
この際、前記正極活物質は、正極活物質層の総重量に対して80~99wt%、より具体的には、85~98.5wt%の含量で含まれ得る。上記した含量範囲で含まれるとき、優れた容量特性を示すことができるが、必ずこれに制限されるものではない。 At this time, the positive electrode active material may be contained in a content of 80 to 99 wt%, more specifically, 85 to 98.5 wt% with respect to the total weight of the positive electrode active material layer. When contained within the above content range, it can exhibit excellent volumetric properties, but is not necessarily limited to this.
前記導電材は、電極に導電性を付与するために使用されるものであって、構成される電池において、化学変化を引き起こさず、電子伝導性を有するものであれば、特別な制限なしに使用可能である。具体的な例としては、天然黒鉛や人造黒鉛などの黒鉛;カーボンブラック、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、チャネルブラック、ファーネスブラック、ランプブラック、サーマルブラック、炭素繊維などの炭素系物質;銅、ニッケル、アルミニウム、銀などの金属粉末または金属繊維;酸化亜鉛、チタン酸カリウムなどの導電性ウィスカー;酸化チタンなどの導電性金属酸化物;またはポリフェニレン誘導体などの伝導性高分子などが挙げられ、これらのうち1種単独または2種以上の混合物が使用され得る。前記導電材は、正極活物質層の総重量に対して0.1~15wt%で含まれ得る。 The conductive material is used to impart conductivity to the electrodes, and can be used without any special limitation as long as it does not cause a chemical change and has electronic conductivity in the constituent battery. It is possible. Specific examples include graphite such as natural graphite and artificial graphite; carbon-based substances such as carbon black, acetylene black, ketjen black, channel black, furnace black, lamp black, thermal black, and carbon fiber; copper, nickel, and the like. Examples thereof include metal powders or metal fibers such as aluminum and silver; conductive whiskers such as zinc oxide and potassium titanate; conductive metal oxides such as titanium oxide; and conductive polymers such as polyphenylene derivatives. One type alone or a mixture of two or more types may be used. The conductive material may be contained in an amount of 0.1 to 15 wt% based on the total weight of the positive electrode active material layer.
前記バインダーは、正極活物質粒子間の付着および正極活物質と集電体との接着力を向上させる役割をする。具体的な例としては、ポリビニリデンフルオライド(PVDF)、ビニリデンフルオライド-ヘキサフルオロプロピレンコポリマー(PVDF-co-HFP)、ポリビニルアルコール、ポリアクリロニトリル(polyacrylonitrile)、カルボキシメチルセルロース(CMC)、デンプン、ヒドロキシプロピルセルロース、再生セルロース、ポリビニルピロリドン、テトラフルオロエチレン、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン-プロピレン-ジエンポリマー(EPDM)、スルホン化-EPDM、スチレンブタジエンゴム(SBR)、フッ素ゴム、またはこれらの多様な共重合体などが挙げられ、これらのうち1種単独または2種以上の混合物が使用され得る。前記バインダーは、正極活物質層の総重量に対して0.1~15wt%で含まれ得る。 The binder serves to improve the adhesion between the positive electrode active material particles and the adhesive force between the positive electrode active material and the current collector. Specific examples include polyvinylidene fluoride (PVDF), vinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer (PVDF-co-HFP), polyvinyl alcohol, polyacryllonerile, carboxymethyl cellulose (CMC), starch, and hydroxypropyl. Cellulose, regenerated cellulose, polyvinylpyrrolidone, tetrafluoroethylene, polyethylene, polypropylene, ethylene-propylene-diene polymer (EPDM), sulfonated-EPDM, styrene butadiene rubber (SBR), fluororubber, or various copolymers thereof, etc. However, one of these may be used alone or a mixture of two or more thereof may be used. The binder may be contained in an amount of 0.1 to 15 wt% based on the total weight of the positive electrode active material layer.
前記正極は、上記した正極活物質を利用することを除いて、通常の正極の製造方法により製造され得る。具体的に、上記した正極活物質および選択的に、バインダーおよび導電材を溶媒中に溶解または分散させて製造した正極活物質層形成用組成物を正極集電体上に塗布した後、乾燥および圧延することによって製造することができる。 The positive electrode can be manufactured by a usual method for manufacturing a positive electrode, except that the positive electrode active material described above is used. Specifically, the above-mentioned positive electrode active material and, optionally, a composition for forming a positive electrode active material layer produced by dissolving or dispersing a binder and a conductive material in a solvent are applied onto a positive electrode current collector, and then dried and dried. It can be manufactured by rolling.
前記溶媒としては、当該技術分野において一般的に使用される溶媒であってもよく、ジメチルスルホキシド(dimethyl sulfoxide、DMSO)、イソプロピルアルコール(isopropyl alcohol)、N-メチルピロリドン(NMP)、アセトン(acetone)または水などが挙げられ、これらのうち1種単独または2種以上の混合物が使用され得る。前記溶媒の使用量は、スラリーの塗布厚さ、製造収率を考慮して前記正極活物質、導電材およびバインダーを溶解または分散させ、以後、正極の製造のための塗布時に優れた厚さ均一度を示すことができる粘度を有するようにする程度であれば十分である。 The solvent may be a solvent generally used in the art, such as dimethyl sulfoxide (DMSO), isopropyl alcohol (isopropanol alcohol), N-methylpyrrolidone (NMP), and acetone (acetone). Alternatively, water and the like may be mentioned, and one of these alone or a mixture of two or more thereof may be used. The amount of the solvent used is such that the positive electrode active material, the conductive material and the binder are dissolved or dispersed in consideration of the coating thickness of the slurry and the production yield, and thereafter, the thickness is excellent at the time of coating for the production of the positive electrode. It is sufficient to have a viscosity that can be shown once.
また、他の実施例において、前記正極は、前記正極活物質層形成用組成物を別の支持体上にキャストした後、該支持体から剥離して得られたフィルムを正極集電体上にラミネーションすることによって製造されることもできる。 Further, in another embodiment, the positive electrode is obtained by casting the composition for forming a positive electrode active material layer onto another support and then peeling the film from the support onto the positive electrode current collector. It can also be manufactured by lamination.
また、本発明のさらに他の態様によれば、上述した正極を含む電気化学素子が提供され得る。前記電気化学素子は、具体的に電池、キャパシタなどであってもよく、より具体的には、リチウム二次電池であってもよい。 Further, according to still another aspect of the present invention, an electrochemical device including the above-mentioned positive electrode can be provided. The electrochemical element may be specifically a battery, a capacitor, or the like, and more specifically, a lithium secondary battery.
前記リチウム二次電池は、具体的に、正極と、前記正極と対向して位置する負極と、前記正極と前記負極との間に介在される分離膜および電解質とを含むことができる。ここで、前記正極は、上記で説明したことと同一なので、便宜上、具体的な説明を省略し、以下では、前述しない残りの構成のみについて具体的に説明する。 Specifically, the lithium secondary battery can include a positive electrode, a negative electrode located facing the positive electrode, and a separation membrane and an electrolyte interposed between the positive electrode and the negative electrode. Here, since the positive electrode is the same as that described above, a specific description thereof will be omitted for convenience, and only the remaining configurations not described above will be specifically described below.
前記リチウム二次電池は、前記正極、前記負極および前記分離膜の電極組立体を収納する電池容器および前記電池容器を密封する密封部材を選択的にさらに含むことができる。 The lithium secondary battery can optionally further include a battery container for accommodating the positive electrode, the negative electrode and the electrode assembly of the separation membrane, and a sealing member for sealing the battery container.
前記負極は、負極集電体と、前記負極集電体上に位置する負極活物質層とを含むことができる。 The negative electrode may include a negative electrode current collector and a negative electrode active material layer located on the negative electrode current collector.
前記負極集電体は、電池に化学的変化を誘発することなく、高い導電性を有するものであれば、特に制限されるものではなく、例えば、銅、ステンレススチール、アルミニウム、ニッケル、チタン、焼成炭素、銅やステンレススチールの表面に炭素、ニッケル、チタン、銀などで表面処理したもの、アルミニウム-カドミウム合金などが使用され得る。また、前記負極集電体は、通常、3μm~500μmの厚さを有し得、正極集電体と同様に、前記集電体の表面に微細な凹凸を形成して、負極活物質の結合力を強化させることもできる。例えば、フィルム、シート、ホイール、ネット、多孔質体、発泡体、不織布体など多様な形態で使用され得る。 The negative electrode current collector is not particularly limited as long as it does not induce chemical changes in the battery and has high conductivity, and is not particularly limited, for example, copper, stainless steel, aluminum, nickel, titanium, and fired. Surface-treated carbon, copper, stainless steel with carbon, nickel, titanium, silver, etc., aluminum-cadmium alloy, etc. can be used. Further, the negative electrode current collector can usually have a thickness of 3 μm to 500 μm, and similarly to the positive electrode current collector, fine irregularities are formed on the surface of the current collector to bond the negative electrode active material. You can also strengthen your power. For example, it can be used in various forms such as a film, a sheet, a wheel, a net, a porous body, a foam, and a non-woven fabric.
前記負極活物質層は、負極活物質と共に、選択的にバインダーおよび導電材を含む。 The negative electrode active material layer selectively contains a binder and a conductive material together with the negative electrode active material.
前記負極活物質としては、リチウムの可逆的なインターカレーションおよびデインターカレーションが可能な化合物が使用され得る。具体的な例としては、人造黒鉛、天然黒鉛、黒鉛化炭素繊維、非晶質炭素などの炭素質材料;Si、Al、Sn、Pb、Zn、Bi、In、Mg、Ga、Cd、Si合金、Sn合金またはAl合金などリチウムと合金化が可能な金属質化合物;SiOβ(0<β<2)、SnO2、バナジウム酸化物、リチウムバナジウム酸化物のようにリチウムをドープおよび脱ドープし得る金属酸化物;またはSi-C複合体またはSn-C複合体のように、前記金属質化合物と炭素質材料を含む複合物などが挙げられ、これらのうちいずれか一つまたは二つ以上の混合物が使用され得る。また、前記負極活物質として金属リチウム薄膜が使用されることもできる。また、炭素材料は、低結晶性炭素および高結晶性炭素などがすべて使用され得る。低結晶性炭素としては、軟化炭素(soft carbon)および硬化炭素(hard carbon)が代表的であり、高結晶性炭素としては、無定形、板状、鱗片状、球形状または繊維状の天然黒鉛または人造黒鉛、キッシュ黒鉛(Kish graphite)、熱分解炭素(pyrolytic carbon)、液晶ピッチ系炭素繊維(mesophase pitch based carbon fiber)、炭素微小球体(meso-carbon microbeads)、液晶ピッチ(Mesophase pitches)および石油と石炭系コークス(petroleum or coal tar pitch derived cokes)などの高温焼成炭素が代表的である。 As the negative electrode active material, a compound capable of reversible intercalation and deintercalation of lithium can be used. Specific examples include carbonaceous materials such as artificial graphite, natural graphite, graphitized carbon fibers, and amorphous carbon; Si, Al, Sn, Pb, Zn, Bi, In, Mg, Ga, Cd, and Si alloys. Metallic compounds capable of alloying with lithium, such as Sn alloys or Al alloys; may be doped and dedoped with lithium, such as SiO β (0 <β <2), SnO 2 , vanadium oxide, lithium vanadium oxide. Metal oxides; or composites containing said metallic compounds and carbonaceous materials, such as Si—C complexes or Sn—C complexes, and mixtures of any one or more of these. Can be used. Further, a metallic lithium thin film can also be used as the negative electrode active material. Further, as the carbon material, low crystalline carbon, high crystalline carbon and the like can all be used. Typical examples of low crystalline carbon are soft carbon and hard carbon, and examples of high crystalline carbon are amorphous, plate-like, scaly, spherical or fibrous natural graphite. Or artificial graphite, Kish graphite, pyrolytic carbon, liquid crystal pitch carbon fiber (mesophase platinum based carbon fiber), carbon microspheres (meso-carbon microbeads), liquid crystal pitch (meso-carbon microbeads), liquid crystal pitch. And high temperature pyrolytic carbon such as petroleum or coal tar punctch divided cokes are typical.
前記負極活物質は、負極活物質層の全体重量を基準として80~99wt%で含まれ得る。 The negative electrode active material may be contained in an amount of 80 to 99 wt% based on the total weight of the negative electrode active material layer.
前記バインダーは、導電材、活物質および集電体間の結合に助力する成分であって、通常、負極活物質層の全体重量を基準として0.1~10wt%で添加され得る。このようなバインダーの例としては、ポリビニリデンフルオライド(PVDF)、ポリビニルアルコール、カルボキシメチルセルロース(CMC)、デンプン、ヒドロキシプロピルセルロース、再生セルロース、ポリビニルピロリドン、テトラフルオロエチレン、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン-プロピレン-ジエンポリマー(EPDM)、スルホン化-EPDM、スチレン-ブタジエンゴム、ニトリル-ブタジエンゴム、フッ素ゴム、これらの多様な共重合体などが挙げられる。 The binder is a component that assists in bonding between the conductive material, the active material, and the current collector, and can be usually added in an amount of 0.1 to 10 wt% based on the total weight of the negative electrode active material layer. Examples of such binders are polyvinylidene fluoride (PVDF), polyvinyl alcohol, carboxymethyl cellulose (CMC), starch, hydroxypropyl cellulose, regenerated cellulose, polyvinylpyrrolidone, tetrafluoroethylene, polyethylene, polypropylene, ethylene-propylene-. Examples thereof include diene polymer (EPDM), sulfonated-EPDM, styrene-butadiene rubber, nitrile-butadiene rubber, fluororubber, and various copolymers thereof.
前記導電材は、負極活物質の導電性をさらに向上させるための成分であって、負極活物質層の全体重量を基準として10wt%以下、好ましくは、5wt%以下で添加され得る。このような導電材は、当該電池に化学的変化を誘発することなく、導電性を有するものであれば、特に制限されるものではなく、例えば、天然黒鉛や人造黒鉛などの黒鉛;アセチレンブラック、ケチェンブラック、チャネルブラック、ファーネスブラック、ランプブラック、サーマルブラックなどのカーボンブラック;炭素繊維や金属繊維などの導電性繊維;フッ化カーボン、アルミニウム、ニッケル粉末などの金属粉末;酸化亜鉛、チタン酸カリウムなどの導電性ウィスカー;酸化チタンなどの導電性金属酸化物;ポリフェニレン誘導体などの導電性素材などが使用され得る。 The conductive material is a component for further improving the conductivity of the negative electrode active material, and may be added in an amount of 10 wt% or less, preferably 5 wt% or less, based on the total weight of the negative electrode active material layer. Such a conductive material is not particularly limited as long as it does not induce a chemical change in the battery and has conductivity. For example, graphite such as natural graphite or artificial graphite; acetylene black, etc. Carbon black such as kechen black, channel black, furnace black, lamp black, thermal black; conductive fiber such as carbon fiber and metal fiber; metal powder such as carbon fluoride, aluminum and nickel powder; zinc oxide, potassium titanate Conductive whiskers such as; conductive metal oxides such as titanium oxide; conductive materials such as polyphenylene derivatives can be used.
一実施例において、前記負極活物質層は、負極集電体上に負極活物質、および選択的にバインダーおよび導電材を溶媒中に溶解または分散させて製造した負極活物質層形成用組成物を塗布し乾燥することによって製造されるか、または前記負極活物質層形成用組成物を別の支持体上にキャストした後、該支持体から剥離して得られたフィルムを負極集電体上にラミネーションすることによって製造され得る。 In one embodiment, the negative electrode active material layer is a composition for forming a negative electrode active material layer produced by dissolving or dispersing a negative electrode active material, and selectively a binder and a conductive material in a solvent on a negative electrode current collector. It is manufactured by applying and drying, or the composition for forming the negative electrode active material layer is cast on another support, and then the film obtained by peeling from the support is placed on the negative electrode current collector. It can be manufactured by laminating.
また、他の実施例において、前記負極活物質層は、負極集電体上に負極活物質、および選択的にバインダーおよび導電材を溶媒中に溶解または分散させて製造した負極活物質層形成用組成物を塗布し乾燥するか、または前記負極活物質層形成用組成物を別の支持体上にキャストした後、該支持体から剥離して得られたフィルムを負極集電体上にラミネーションすることによって製造されることもできる。 Further, in another embodiment, the negative electrode active material layer is used for forming a negative electrode active material layer produced by selectively dissolving or dispersing a negative electrode active material, and selectively a binder and a conductive material in a solvent on a negative electrode current collector. The composition is applied and dried, or the composition for forming the negative electrode active material layer is cast on another support, and then the film obtained by peeling from the support is laminated on the negative electrode current collector. It can also be manufactured by.
一方、前記リチウム二次電池において、分離膜は、負極と正極を分離し、リチウムイオンの移動通路を提供するものであって、通常、リチウム二次電池において分離膜として使用されるものであれば、特別な制限なしに使用可能であり、特に電解質のイオン移動に対して低抵抗でありかつ電解液含湿能力に優れていることが好ましい。具体的には、多孔性高分子フィルム、例えばエチレン単独重合体、プロピレン単独重合体、エチレン/ブテン共重合体、エチレン/ヘキセン共重合体およびエチレン/メタクリレート共重合体などのようなポリオレフィン系高分子で製造した多孔性高分子フィルムまたはこれらの2層以上の積層構造体が使用され得る。また、通常の多孔性不織布、例えば高融点のガラス繊維、ポリエチレンテレフタレート繊維などからなる不織布が使用されることもできる。また、耐熱性または機械的強度の確保のために、セラミック成分または高分子物質が含まれたコートされた分離膜が使用されることもでき、選択的に単層または多層構造で使用され得る。 On the other hand, in the lithium secondary battery, the separation film separates the negative electrode and the positive electrode to provide a movement passage for lithium ions, and is usually used as a separation film in the lithium secondary battery. It can be used without any special restrictions, and it is particularly preferable that the electrolyte has a low resistance to ion transfer and an excellent electrolyte moisturizing capacity. Specifically, porous polymer films such as ethylene homopolymers, propylene homopolymers, ethylene / butene copolymers, ethylene / hexene copolymers and ethylene / methacrylate copolymers are polyolefin-based polymers. A porous polymer film produced in 1 or a laminated structure having two or more layers thereof can be used. Further, a normal porous non-woven fabric, for example, a non-woven fabric made of high melting point glass fiber, polyethylene terephthalate fiber, or the like can also be used. Further, in order to ensure heat resistance or mechanical strength, a coated separation membrane containing a ceramic component or a polymer substance can also be used, and can be selectively used in a single-layer or multi-layer structure.
また、本発明において使用される電解質としては、リチウム二次電池の製造時に使用可能な有機系液体電解質、無機系液体電解質、固体高分子電解質、ゲル状高分子電解質、固体無機電解質、溶融型無機電解質などが挙げられ、これらに限定されるものではない。 The electrolyte used in the present invention includes an organic liquid electrolyte, an inorganic liquid electrolyte, a solid polymer electrolyte, a gel-like polymer electrolyte, a solid inorganic electrolyte, and a molten inorganic electrolyte that can be used in the manufacture of a lithium secondary battery. Examples include, but are not limited to, electrolytes.
具体的に、前記電解質は、有機溶媒およびリチウム塩を含むことができる。 Specifically, the electrolyte can include an organic solvent and a lithium salt.
前記有機溶媒としては、電池の電気化学的反応に関与するイオンが移動できる媒質の役割をすることができるものであれば、特別な制限なしに使用され得る。具体的に、前記有機溶媒としては、メチルアセテート(methyl acetate)、エチルアセテート(ethyl acetate)、γ-ブチロラクトン(γ-butyrolactone)、ε-カプロラクトン(ε-caprolactone)などのエステル系溶媒;ジブチルエーテル(dibutyl ether)またはテトラヒドロフラン(tetrahydrofuran)などのエーテル系溶媒;シクロヘキサノン(cyclohexanone)などのケトン系溶媒;ベンゼン(benzene)、フルオロベンゼン(fluorobenzene)などの芳香族炭化水素系溶媒;ジメチルカーボネート(dimethylcarbonate、DMC)、ジエチルカーボネート(diethylcarbonate、DEC)、メチルエチルカーボネート(methylethylcarbonate、MEC)、エチルメチルカーボネート(ethylmethylcarbonate、EMC)、エチレンカーボネート(ethylene carbonate、EC)、プロピレンカーボネート(propylene carbonate、PC)などのカーボネート系溶媒;エチルアルコール、イソプロピルアルコールなどのアルコール系溶媒;R-CN(Rは、炭素数2~20の直鎖状、分岐状または環状構造の炭化水素基であり、二重結合芳香環またはエーテル結合を含むことができる)などのニトリル類;ジメチルホルムアミドなどのアミド類;1、3-ジオキソランなどのジオキソラン類;またはスルホラン(sulfolane)類などが使用され得る。これらの中でも、カーボネート系溶媒が好ましく、電池の充放電性能を高めることができる高いイオン伝導度および高誘電率を有する環状カーボネート(例えば、エチレンカーボネートまたはプロピレンカーボネートなど)と、低粘度の線状カーボネート系化合物(例えば、エチルメチルカーボネート、ジメチルカーボネートまたはジエチルカーボネートなど)の混合物がより好ましい。この場合、環状カーボネートと鎖状カーボネートは、約1:1~約1:9の体積比で混合して使用することが、電解液の性能が優秀に現れることができる。 The organic solvent can be used without particular limitation as long as it can serve as a medium through which ions involved in the electrochemical reaction of the battery can move. Specifically, examples of the organic solvent include ester solvents such as methyl acetate, ethyl acetate, γ-butyrolactone, and ε-caprolactone; dibutyl ether (dibutyl ether (). Ether-based solvents such as dibutyl ether and tetrahydrofuran; ketone-based solvents such as cyclohexanone; aromatic hydrocarbon-based solvents such as benzene and fluorobenzene; dimethyl carbonate, dimethylcarbon. , Dithylcarbonate (DEC), methylethylcarbonate (MEC), ethylmethylcarbonate (EMC), ethylene carbonate (ethylene carbonone, EC), propylene carbonate (propylene solvent; Alcohol-based solvents such as ethyl alcohol and isopropyl alcohol; R-CN (R is a linear, branched or cyclic hydrocarbon group having 2 to 20 carbon atoms and contains a double-bonded aromatic ring or an ether bond. Can be used) such as nitriles; amides such as dimethylformamide; dioxolanes such as 1,3-dioxolane; or solvents and the like can be used. Among these, carbonate-based solvents are preferable, and cyclic carbonates having high ionic conductivity and high dielectric constant (for example, ethylene carbonate or propylene carbonate) that can enhance the charge / discharge performance of the battery and low-viscosity linear carbonates. Mixtures of system compounds (eg, ethylmethyl carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, etc.) are more preferred. In this case, the performance of the electrolytic solution can be excellently exhibited by mixing the cyclic carbonate and the chain carbonate in a volume ratio of about 1: 1 to about 1: 9.
前記リチウム塩は、リチウム二次電池において使用されるリチウムイオンを提供できる化合物であれば、特別な制限なしに使用され得る。具体的に前記リチウム塩は、LiPF6、LiClO4、LiAsF6、LiBF4、LiSbF6、LiAl04、LiAlCl4、LiCF3SO3、LiC4F9SO3、LiN(C2F5SO3)2、LiN(C2F5SO2)2、LiN(CF3SO2)2、LiCl、LiI、またはLiB(C2O4)2などが使用され得る。前記リチウム塩の濃度は、0.1~2.0Mの範囲内で使用することが好ましい。リチウム塩の濃度が前記範囲に含まれる場合、電解質が適切な伝導度および粘度を有するので、優れた電解質性能を示すことができ、リチウムイオンが効果的に移動することができる。 The lithium salt can be used without particular limitation as long as it is a compound capable of providing lithium ions used in a lithium secondary battery. Specifically, the lithium salts are LiPF 6 , LiClO 4 , LiAsF 6 , LiBF 4 , LiSbF 6 , LiAl0 4 , LiAlCl 4 , LiCF 3 SO 3 , LiC 4 F 9 SO 3 , LiN (C 2 F 5 SO 3 ). 2 , LiN (C 2 F 5 SO 2 ) 2 , LiN (CF 3 SO 2 ) 2 , LiCl, LiI, or LiB (C 2 O 4 ) 2 may be used. The concentration of the lithium salt is preferably used in the range of 0.1 to 2.0 M. When the concentration of the lithium salt is within the above range, the electrolyte has appropriate conductivity and viscosity, so that excellent electrolyte performance can be exhibited and lithium ions can be effectively transferred.
前記電解質には、前記電解質構成成分の他にも、電池の寿命特性の向上、電池容量減少の抑制、電池の放電容量の向上などを目的として例えば、ジフルオロエチレンカーボネートなどのようなハロアルキレンカーボネート系化合物、ピリジン、トリエチルホスファイト、トリエタノールアミン、環状エーテル、エチレンジアミン、n-グライム(glyme)、ヘキサリン酸トリアミド、ニトロベンゼン誘導体、硫黄、キノンイミン染料、N-置換オキサゾリジノン、N、N-置換イミダゾリジン、エチレングリコールジアルキルエーテル、アンモニウム塩、ピロール、2-メトキシエタノールまたは三塩化アルミニウムなどの添加剤が1種以上さらに含まれることもできる。この際、前記添加剤は、電解質の総重量に対して0.1~5wt%で含まれ得る。 In addition to the electrolyte constituents, the electrolyte is a haloalkylene carbonate type such as difluoroethylene carbonate for the purpose of improving the life characteristics of the battery, suppressing the decrease in the battery capacity, and improving the discharge capacity of the battery. Compound, pyridine, triethylphosphite, triethanolamine, cyclic ether, ethylenediamine, n-glyme, hexaphosphate triamide, nitrobenzene derivative, sulfur, quinoneimine dye, N-substituted oxazolidinone, N, N-substituted imidazolidine, ethylene. One or more additives such as glycol dialkyl ether, ammonium salt, pyrrole, 2-methoxyethanol or aluminum trichloride may be further contained. At this time, the additive may be contained in an amount of 0.1 to 5 wt% based on the total weight of the electrolyte.
上記のように、本発明による正極活物質を含むリチウム二次電池は、優れた放電容量、出力特性および寿命特性を安定的に示すので、携帯電話、ノートパソコン、デジタルカメラなどの携帯用機器、およびハイブリッド電気自動車(hybrid electric vehicle、HEV)などの電気自動車分野などに有用である。 As described above, the lithium secondary battery containing the positive electrode active material according to the present invention stably exhibits excellent discharge capacity, output characteristics and life characteristics. It is also useful in the field of electric vehicles such as hybrid electric batteries (HEVs).
本発明によるリチウム二次電池の外形は、特別な制限がないが、カンを使用した円筒形、角形、パウチ(pouch)形またはコイン(coin)形などになり得る。また、リチウム二次電池は、小型デバイスの電源として使用される電池セルに使用され得ると共に、多数の電池セルを含む中大型電池モジュールに単位電池としても好ましく使用され得る。 The outer shape of the lithium secondary battery according to the present invention is not particularly limited, but may be cylindrical, square, pouch-shaped, coin-shaped, or the like using a can. In addition, the lithium secondary battery can be used as a battery cell used as a power source for a small device, and can also be preferably used as a unit battery in a medium-sized battery module including a large number of battery cells.
本発明のさらに他の態様によれば、前記リチウム二次電池を単位セルとして含む電池モジュールおよび/またはこれを含む電池パックが提供され得る。 According to still another aspect of the present invention, a battery module containing the lithium secondary battery as a unit cell and / or a battery pack containing the same can be provided.
前記電池モジュールまたは前記電池パックは、パワーツール(Power Tool);電気自動車(Electric Vehicle、EV)、ハイブリッド電気自動車、およびプラグインハイブリッド電気自動車(Plug-in Hybrid Electric Vehicle、PHEV)を含む電気車;または電力貯蔵用システムのうちいずれか一つ以上の中大型デバイス電源として用いられる。 The battery module or the battery pack is a power tool; an electric vehicle including an electric vehicle (EV), a hybrid electric vehicle, and a plug-in hybrid electric vehicle (Plug-in Hybrid Electric Vehicle, PHEV); Alternatively, it is used as a power source for medium and large devices of any one or more of power storage systems.
以下では、実施例を通じて本発明をより詳細に説明する。ただし、これらの実施例は、ただ本発明を例示するためのものであって、本発明の範疇がこれらの実施例により制限されるものと解されないと言える。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail through examples. However, it can be said that these examples are merely for exemplifying the present invention, and it cannot be understood that the scope of the present invention is limited by these examples.
実験例1.
(1)正極活物質の製造
(実施例1)
共沈法(co-precipitation method)により球形のNi0.92Co0.08(OH)2水酸化物前駆体を合成した。90L級の反応器でNiSO4・7H2OおよびCoSO4・7H2Oを92:8のモル比で混合した1.5Mの複合遷移金属硫酸水溶液に25wt%のNaOHと30wt%のNH4OHを投入した。反応器内のpHは、11.5を維持させ、この際の反応器の温度は、60℃に維持し、不活性ガスであるN2を反応器に投入して、製造された前駆体が酸化しないようにした。合成撹拌の完了後、フィルタープレス(F/P)装備を利用して洗浄および脱水を進めて、Ni0.92Co0.08(OH)2水酸化物前駆体を収得した。
Experimental example 1.
(1) Production of positive electrode active material (Example 1)
A spherical Ni 0.92 Co 0.08 (OH) 2 hydroxide precursor was synthesized by the co-precipitation method. 25 wt% NaOH and 30 wt% NH 4 OH in a 1.5 M composite transition metal sulfuric acid aqueous solution in which NiSO 4.7H 2 O and CoSO 4.7H 2 O are mixed in a molar ratio of 92: 8 in a 90 L class reactor. Was put in. The pH in the reactor was maintained at 11.5, the temperature of the reactor at this time was maintained at 60 ° C., and the inert gas N 2 was charged into the reactor to produce a precursor. I tried not to oxidize. After the completion of the synthetic stirring, washing and dehydration were carried out using a filter press (F / P) equipment to obtain a Ni 0.92 Co 0.08 (OH) 2 hydroxide precursor.
水酸化物前駆体をLi含有原料物質であるLiOHおよびAl含有原料物質であるAl2O3と共にミキサーを使用して混合し、焼成炉でO2雰囲気を維持しつつ、分当たり1℃で昇温して熱処理温度650℃で10時間維持した後、自然冷却した。得られた正極活物質をW含有原料物質(WO3)と共にミキサーを用いて混合した。同じ焼成炉でO2雰囲気を維持しつつ、分当たり2℃で昇温して熱処理温度600℃で5時間維持した後、自然冷却した。次に、上記と同じ条件下で熱処理および冷却を1回さらに行った。実施例1で製造された正極活物質がLi1.0Ni0.902Co0.079Al0.014W0.005O2組成式を有することが確認された。 The hydroxide precursor is mixed with LiOH, which is a Li-containing raw material, and Al 2 O 3 , which is an Al-containing raw material, using a mixer, and the temperature rises at 1 ° C. per minute while maintaining the O 2 atmosphere in the firing furnace. It was heated and maintained at a heat treatment temperature of 650 ° C. for 10 hours, and then naturally cooled. The obtained positive electrode active material was mixed with a W-containing raw material (WO 3 ) using a mixer. While maintaining the O 2 atmosphere in the same firing furnace, the temperature was raised at 2 ° C. per minute, maintained at a heat treatment temperature of 600 ° C. for 5 hours, and then naturally cooled. Next, heat treatment and cooling were further performed once under the same conditions as described above. It was confirmed that the positive electrode active material produced in Example 1 had a Li 1.0 Ni 0.902 Co 0.079 Al 0.014 W 0.005 O 2 composition formula.
(実施例2)
実施例2で得られた正極活物質がLi1.04Ni0.897Co0.084Al0.014W0.005O2の組成式を有するように、W含有原料物質(WO3)およびコバルト原料物質(Co(OH)2)と共に混合したことを除いて、実施例1と同じ方法で正極活物質を製造した。
(Example 2)
The W-containing raw material (WO 3 ) and the W-containing raw material (WO 3) so that the positive electrode active material obtained in Example 2 has a composition formula of Li 1.04 Ni 0.897 Co 0.084 Al 0.014 W 0.005 O 2 . The positive electrode active material was produced by the same method as in Example 1 except that it was mixed with the cobalt raw material (Co (OH) 2 ).
(実施例3)
実施例3で得られた正極活物質がLi1.04Ni0.897Co0.079Al0.014W0.005Mg0.005O2の組成式を有するように、W含有原料物質(WO3)およびマグネシウム原料物質(Mg(OH)2)と共に混合したことを除いて、実施例1と同じ方法で正極活物質を製造した。
(Example 3)
The W-containing raw material (W-containing raw material) so that the positive electrode active material obtained in Example 3 has a composition formula of Li 1.04 Ni 0.897 Co 0.079 Al 0.014 W 0.005 Mg 0.005 O 2 . The positive electrode active material was produced by the same method as in Example 1 except that it was mixed with WO 3 ) and a magnesium raw material (Mg (OH) 2 ).
(実施例4)
実施例4で得られた正極活物質がLi1.04Ni0.897Co0.079Al0.014W0.005Mn0.005O2の組成式を有するように、W含有原料物質(WO3)およびマンガン原料物質(Mn(OH)2)と共に混合したことを除いて、実施例1と同じ方法で正極活物質を製造した。
(Example 4)
The W-containing raw material (W-containing raw material) so that the positive electrode active material obtained in Example 4 has a composition formula of Li 1.04 Ni 0.897 Co 0.079 Al 0.014 W 0.005 Mn 0.005 O 2 . A positive electrode active material was produced in the same manner as in Example 1 except that it was mixed with WO 3 ) and a manganese raw material (Mn (OH) 2 ).
(実施例5)
実施例5で製造された正極活物質がLi1.04Ni0.901Co0.079Al0.014W0.005Ti0.001O2の組成式を有するように、W含有原料物質(WO3)およびTi含有原料物質(TiO2)を使用したことを除いて、実施例1と同じ方法で正極活物質を製造した。
(Example 5)
The W-containing raw material (W-containing raw material) so that the positive electrode active material produced in Example 5 has a composition formula of Li 1.04 Ni 0.901 Co 0.079 Al 0.014 W 0.005 Ti 0.001 O 2 . The positive electrode active material was produced by the same method as in Example 1 except that WO 3 ) and the Ti-containing raw material (TiO 2 ) were used.
(実施例6)
実施例6で製造された正極活物質がLi1.04Ni0.904Co0.079Al0.014W0.005Zr0.001O2の組成式を有するように、W含有原料物質(WO3)および代わりにZr含有原料物質(ZrO2)を使用したことを除いて、実施例1と同じ方法で正極活物質を製造した。
(Example 6)
The W-containing raw material (W-containing raw material) so that the positive electrode active material produced in Example 6 has a composition formula of Li 1.04 Ni 0.904 Co 0.079 Al 0.014 W 0.005 Zr 0.001 O 2 . The positive electrode active material was produced by the same method as in Example 1 except that WO 3 ) and a Zr-containing raw material (ZrO 2 ) were used instead.
(実施例7)
実施例7で製造された正極活物質がLi1.04Ni0.901Co0.078Al0.014W0.005Ti0.001Zr0.001O2の組成式を有するように、正極活物質をW含有原料物質(WO3)とWおよびTi含有原料物質(TiO2)およびZr含有物質を共に混合したことを除いて、実施例1と同じ方法で正極活物質を製造した。
(Example 7)
The positive electrode active material produced in Example 7 has a composition formula of Li 1.04 Ni 0.901 Co 0.078 Al 0.014 W 0.005 Ti 0.001 Zr 0.001 O 2 . The positive electrode active material was produced by the same method as in Example 1 except that the W-containing raw material (WO 3 ) and the W and Ti-containing raw materials (TiO 2 ) and the Zr-containing material were mixed together.
(比較例1)
比較例1で製造されたLi1.04Ni0.907Co0.079Al0.014O2正極活物質をW含有原料物質(WO3)と混合しないことを除いて、実施例1と同じ方法で正極活物質を製造した。
(Comparative Example 1)
Same as Example 1 except that the Li 1.04 Ni 0.907 Co 0.079 Al 0.014 O 2 positive electrode active material produced in Comparative Example 1 is not mixed with the W-containing raw material (WO 3 ). The positive electrode active material was produced by the method.
(比較例2)
固相合成法を利用してLi4NiWO6を合成した。Ni(OH)2、WO3およびLiOH・H2Oをミキサーで混合した後、1000℃で熱処理して、Li4NiWO6リチウム複合酸化物を製造した。比較例1に製造された正極活物質にLi4NiWO6を0.5mol%を混合して、正極活物質を製造した。
(Comparative Example 2)
Li 4 NiWO 6 was synthesized using the solid phase synthesis method. Ni (OH) 2 , WO 3 and LiOH · H 2 O were mixed with a mixer and then heat treated at 1000 ° C. to produce a Li 4 Ni WO 6 lithium composite oxide. Li 4 NiWO 6 was mixed with 0.5 mol% of the positive electrode active material produced in Comparative Example 1 to produce a positive electrode active material.
(比較例3)
比較例1で製造されたLi1.04Ni0.907Co0.079Al0.014O2正極活物質と固相合成法を利用して合成したLi2WO4およびLi2W2O7 0.5mol%を混合した後、熱処理しないことを除いて、実施例1と同じ方法で正極活物質を製造した。
(Comparative Example 3)
Li 1.04 Ni 0.907 Co 0.079 Al 0.014 O 2 positive electrode active material produced in Comparative Example 1 and Li 2 WO 4 and Li 2 W 2 O 7 synthesized by using a solid phase synthesis method. After mixing 0.5 mol%, the positive electrode active material was produced by the same method as in Example 1 except that no heat treatment was performed.
(比較例4)
比較例1で製造されたLi1.04Ni0.907Co0.079Al0.014O2正極活物質と固相合成法を利用して合成したLi4NiWO6 0.5mol%を混合した後、熱処理しないことを除いて、実施例1と同じ方法で正極活物質を製造した。
(Comparative Example 4)
Li 1.04 Ni 0.907 Co 0.079 Al 0.014 O 2 positive electrode active material produced in Comparative Example 1 and Li 4 NiWO 6 0.5 mol% synthesized by the solid phase synthesis method were mixed. After that, the positive electrode active material was produced by the same method as in Example 1 except that no heat treatment was performed.
(2)正極活物質のXPS分析
実施例および比較例によって製造された正極活物質に対してXPS分析を行って、正極活物質のうち固溶体が存在するか否かを確認した。XPS分析は、Quantum 2000(Physical Electronics.Inc.)(加速電圧:0.5~15keV、300W、エネルギー分解能:約1.0eV、最小分析領域:10micro、Sputter rate:0.1nm/min)を使用して行われた。
(2) XPS analysis of positive electrode active material XPS analysis was performed on the positive electrode active material produced by Examples and Comparative Examples to confirm whether or not a solid solution was present among the positive electrode active materials. For XPS analysis, Quantum 2000 (Physical Electricals. Inc.) (acceleration voltage: 0.5 to 15 keV, 300 W, energy resolution: about 1.0 eV, minimum analysis area: 10 micro, Sputter rate: 0.1 nm / min) is used. It was done.
図2は、実施例1によって製造された正極活物質に対するXPS分析結果を示すグラフである。 FIG. 2 is a graph showing the XPS analysis results for the positive electrode active material produced in Example 1.
図2を参照すると、LiaNibWcOd組成の酸化物のO2-に対するW4f7/2ピークは、34.0eV~35.0eVの範囲内に存在し、W4f5/2ピークは、36.0eV~37.0eVの範囲内に存在することを確認することができる。反面、LiaWcOdまたはWcOd組成の酸化物のW6+に対するW4f7/2ピークは、35.5eVを超過する範囲に存在し、W4f5/2ピークは、37.5eVを超過する範囲に存在することを確認することができる。 Referring to FIG. 2, the W4f 7/2 peak for O2- of the oxide of Li a Ni b W c Od composition is in the range of 34.0 eV to 35.0 eV, and the W4f 5/2 peak is. , 36.0 eV to 37.0 eV can be confirmed to exist. On the other hand, the W4f 7/2 peak for W 6+ of the oxide of Li a W c Od or W c Od composition exists in the range exceeding 35.5 eV, and the W4f 5/2 peak is 37.5 eV. It can be confirmed that it exists in the excess range.
実施例1によって製造された正極活物質のW4fスペクトルの場合、34.0eV~35.5eVの範囲内にW4f7/2ピークが存在し、36.0eV~37.5eVの範囲内にW4f5/2ピークが存在することを確認することができる。すなわち、実施例1によって製造された正極活物質は、LiaNibWcOd固有のピークを示す。 In the case of the W4f spectrum of the positive electrode active material produced according to Example 1, the W4f 7/2 peak exists in the range of 34.0 eV to 35.5 eV, and the W4f 5 / is in the range of 36.0 eV to 37.5 eV. It can be confirmed that there are two peaks. That is, the positive electrode active material produced in Example 1 shows a peak peculiar to Li a Ni b W c Od .
したがって、図2に示したように、NCA組成の正極活物質のうちW4f結果によるLiaNibWcOdに対応する固有のピークが存在することを確認することによって、実施例1により製造された正極活物質は、LiaNibWcOd組成の酸化物とLiwNi1-(x+y+z)CoxAlyWzO2組成の酸化物が固溶体を形成した複合体を含んでいることが分かる。 Therefore, as shown in FIG. 2, it is manufactured according to Example 1 by confirming that there is a unique peak corresponding to Li a Ni b W c Od according to the W4f result among the positive electrode active materials having the NCA composition. The positive electrode active material obtained contains a complex in which an oxide having a Li a Ni b W c Od composition and an oxide having a Li w Ni 1- (x + y + z) Co x Aly W z O 2 composition form a solid solution. You can see that there is.
下記の表2には、実施例および比較例により製造された正極活物質のW4f7/2およびW4f5/2にそれぞれ対応するピークが存在する結合エネルギー区間をそれぞれ示した。 Table 2 below shows the binding energy sections in which the peaks corresponding to W4f 7/2 and W4f 5/2 of the positive electrode active materials produced in Examples and Comparative Examples are present, respectively.
前記表2の結果を参考すると、実施例1~実施例7の場合、比較例4とは異なって、LiaNibWcOd組成の酸化物を別に添加しなかったにもかかわらず、LiaNibWcOd組成の酸化物に対応するW4fピークが観察されることを確認することができる。 With reference to the results in Table 2, in the case of Examples 1 to 7, unlike Comparative Example 4, an oxide having a Li a Ni b W c Od composition was not added separately. It can be confirmed that the W4f peak corresponding to the oxide of the Li a Ni b W c Od composition is observed.
(3)正極活物質のXRD分析
実施例および比較例によって製造された正極活物質に対しX線回折(XRD)分析を行って、正極活物質のうちLiwNi1-(x+y+z)CoxAlyWzO2およびLiaNibWcOd相が異存在するか否かを確認した。XRD分析は、Cu Kαradiation(1.540598Å)を利用したBruker D8 Advance回折計(diffractometer)を利用して行った。
(3) XRD analysis of positive electrode active material X-ray diffraction (XRD) analysis was performed on the positive electrode active material produced in Examples and Comparative Examples, and among the positive electrode active materials, Li w Ni 1- (x + y + z) Co x Al. It was confirmed whether or not the y W z O 2 and Li a Ni b W c Od phases were differently present. XRD analysis was performed using a Bruker D8 Advance diffraction meter (diffractometer) using Cu Kα radiation (1.540598 Å).
図3~図5は、実施例1によって製造された正極活物質に対するXRD分析結果を示すグラフである。 3 to 5 are graphs showing the XRD analysis results for the positive electrode active material produced according to Example 1.
図3を参照すると、正極活物質に含まれた化合物は、LiaNibWcOdに特異的な回折ピーク特性とLiwNi1-(x+y+z)CoxAlyWzO2に特異的な回折ピーク特性を同時に示すことを確認することができる。 Referring to FIG. 3, the compounds contained in the positive electrode active material have diffraction peak characteristics specific to Li a Ni b W c O d and specific to Li w Ni 1- (x + y + z) Co x Al y W z O 2 . It can be confirmed that the typical diffraction peak characteristics are exhibited at the same time.
より具体的に、図4および図5を参照すると、2θが18.8°付近でLiwNi1-(x+y+z)CoxAlyWzO2の(003)結晶面に対応する回折ピークを示すことを確認することができる。また、2θが18.3°付近でLi4NiWO6の(001)結晶面に対応する回折ピークを示すことを確認することができる。すなわち、正極活物質に含まれた化合物は、2θが18°~20°である領域でLiaNibWcOdに特異的な回折ピーク特性とLiwNi1-(x+y+z)CoxAlyWzO2に特異的な回折ピーク特性を同時に示す。 More specifically, referring to FIGS. 4 and 5, when 2θ is around 18.8 °, the diffraction peak corresponding to the (003) crystal plane of Li w Ni 1- (x + y + z) Cox Aly W z O 2 is obtained. It can be confirmed that it is shown. Further, it can be confirmed that 2θ shows a diffraction peak corresponding to the (001) crystal plane of Li 4 NiWO 6 at around 18.3 °. That is, the compound contained in the positive electrode active material has diffraction peak characteristics specific to Li a Ni b W c Od and Li w Ni 1- (x + y + z) Co x Al in the region where 2θ is 18 ° to 20 °. Diffraction peak characteristics specific to y W z O 2 are simultaneously shown.
正極活物質に含まれた2θが20°~30°である領域で(020)結晶面、(110)結晶面、(11-1)結晶面および(021)結晶面の位置で特異的な回折ピークを示し、これは、LiaNibWcOdに対応する回折ピークであることを確認することができる。 Specific diffraction at the positions of (020) crystal plane, (110) crystal plane, (11-1) crystal plane and (021) crystal plane in the region where 2θ contained in the positive electrode active material is 20 ° to 30 °. It shows a peak, and it can be confirmed that this is a diffraction peak corresponding to Li a Ni b W c Od .
また、図3および図5を参照すると、2θが44.5°付近で正極活物質に含まれた化合物は、LiwNi1-(x+y+z)CoxAlyWzO2の(104)結晶面に対応する回折ピークを示し、2θが43.2°の付近でLi4NiWO6の(20-2)結晶面に対応する回折ピークを示すことを確認することができる。 Further, referring to FIGS. 3 and 5, the compound contained in the positive electrode active material when 2θ is around 44.5 ° is a (104) crystal of Li w Ni 1- (x + y + z) Co x Aly W z O 2 . It can be confirmed that the diffraction peak corresponding to the plane is shown and that the diffraction peak corresponding to the (20-2) crystal plane of Li 4 NiWO 6 is shown near 2θ of 43.2 °.
これに伴い、図3~図5の結果を総合してみると、正極活物質に含まれた化合物は、LiaNibWcOdに特異的な回折ピーク特性とLiwNi1-(x+y+z)CoxAlyWzO2に特異的な回折ピーク特性を同時に示すことによって、化学式LiaNibWcOd-LiwNi1-(x+y+z)CoxAlyWzO2で表される固溶体であることを確認することができる。 Along with this, when the results of FIGS. 3 to 5 are put together, the compounds contained in the positive electrode active material have diffraction peak characteristics specific to Li a Ni b W c Od and Li w Ni 1- ( x + y + z) By simultaneously showing the diffraction peak characteristics specific to Co x Al y W z O 2 , the chemical formula Li a Ni b W c O d -Li w Ni 1- (x + y + z) Co x Al y W z O 2 It can be confirmed that the solid solution is represented.
これと共に、実施例2~実施例7によって製造された正極活物質がいずれも固溶体およびリチウム合金酸化物に特異的な回折ピークパターンを示すが、比較例1によって製造された正極活物質の場合、LiwNi1-(x+y+z)CoxAlyO2組成に対応する回折ピークパターンだけが検出された。 At the same time, the positive electrode active materials produced by Examples 2 to 7 all show a diffraction peak pattern specific to the solid solution and the lithium alloy oxide, but in the case of the positive electrode active material produced by Comparative Example 1, Only the diffraction peak pattern corresponding to the Li w Ni 1- (x + y + z) Co x Alloy O 2 composition was detected.
一方、比較例2および比較例3によって製造された正極活物質の場合、XRD分析結果、LiaNibWcOdに特異的な回折ピークを示さない反面、比較例4によって製造された正極活物質の場合、実施例1によって製造された正極活物質と類似した回折ピークパターンを示した。 On the other hand, in the case of the positive electrode active material produced by Comparative Example 2 and Comparative Example 3, the positive electrode produced by Comparative Example 4 did not show a diffraction peak specific to Lia Nib W c Od as a result of XRD analysis. In the case of the active material, a diffraction peak pattern similar to that of the positive electrode active material produced in Example 1 was shown.
比較例4によって製造された正極活物質の場合、LiaNibWcOd組成の酸化物をLiwNi1-(x+y+z)CoxAlyWzO2組成の酸化物が単純混合された状態で存在するにつれて、LiaNibWcOdおよびLiwNi1-(x+y+z)CoxAlyWzO2それぞれから起因する回折ピークが同時に検出されたものであり、比較例4によって製造された正極活物質を構成する成分であるLiaNibWcOdとLiwNi1-(x+y+z)CoxAlyWzO2が固溶体を形成したものを意味しない。 In the case of the positive electrode active material produced by Comparative Example 4, the oxide of Li a Ni b W c Od composition is simply mixed with the oxide of Li w Ni 1- (x + y + z) Co x Al y W z O 2 composition. The diffraction peaks caused by each of Li a Ni b W c Od and Li w Ni 1- (x + y + z) Cox Aly W z O 2 were simultaneously detected as they existed in the above state, and Comparative Example 4 It does not mean that Li a Ni b W c Od and Li w Ni 1- (x + y + z) Co x Aly W z O 2 which are constituents of the positive electrode active material produced by the above form a solid solution.
さらに、実施例5~実施例7によって製造された正極活物質に対してX線回折(XRD)分析を行って、正極活物質のうち合金酸化物および合金酸化物が存在するか否かを確認した。XRD分析は、Cu Kαradiation(1.540598Å)を利用したBruker D8 Advance回折計(diffractometer)を利用して行った。 Further, X-ray diffraction (XRD) analysis is performed on the positive electrode active materials produced in Examples 5 to 7 to confirm whether or not alloy oxides and alloy oxides are present among the positive electrode active materials. did. XRD analysis was performed using a Bruker D8 Advance diffraction meter (diffractometer) using Cu Kα radiation (1.540598 Å).
図6~図8は、実施例5~実施例7によって製造された正極活物質に対するXRD分析結果を示すグラフである。 6 to 8 are graphs showing the XRD analysis results for the positive electrode active material produced by Examples 5 to 7.
図6を参照すると、実施例5によって製造された正極活物質のうち合金酸化物であるLi4WO5に相当する特性ピークが確認され、特に、(220)ピークは、シフト(shift)されなかったが、(111)および(200)ピークが特異的に低角(low angle)側にシフト(shift)されるのに伴い、Li4WO5が形成する格子構造内タングステンのうち一部がTiで置換された異種の合金酸化物が存在することを確認した。 Referring to FIG. 6, characteristic peaks corresponding to the alloy oxide Li 4 WO 5 among the positive electrode active materials produced in Example 5 were confirmed, and in particular, the (220) peak was not shifted. However, as the (111) and (200) peaks are specifically shifted to the low alloy side, some of the tungsten in the lattice structure formed by Li 4 WO 5 is Ti. It was confirmed that there was a heterogeneous alloy oxide substituted with.
また、図7を参照すると、実施例6によって製造された正極活物質のうち合金酸化物であるLi4WO5に相当する特性ピークが確認され、特に、(111)、(200)および(220)ピークが特異的に低角(low angle)側にシフト(shift)されるのに伴い、Li4WO5が形成する格子構造内タングステンのうち一部がZrで置換された異種の合金酸化物が存在することを確認した。 Further, referring to FIG. 7, a characteristic peak corresponding to the alloy oxide Li 4 WO 5 among the positive electrode active materials produced in Example 6 was confirmed, and in particular, (111), (200) and (220) and (220) were confirmed. ) A heterogeneous alloy oxide in which some of the tungsten in the lattice structure formed by Li 4 WO 5 is replaced by Zr as the peak is specifically shifted to the low angle side. Confirmed that exists.
図8を参照すると、実施例7によって製造された正極活物質は、NCA組成を有するものであることを確認することができ、これと同時に、正極活物質内Li4WO5、Li6WO6、LiTiO2、Li4TiO4およびLi4ZrO4に該当するピークが存在することを確認した。 With reference to FIG. 8, it can be confirmed that the positive electrode active material produced according to Example 7 has an NCA composition, and at the same time, Li 4 WO 5 and Li 6 WO 6 in the positive electrode active material can be confirmed. , LiTiO 2 , Li 4 TiO 4 and Li 4 ZrO 4 were confirmed to have peaks.
(5)正極活物質の未反応リチウム測定
実施例および比較例によって製造された正極活物質に対する未反応リチウムの測定は、pH滴定(pH titration)によりpH4になるまで使用された0.1Mの HClの量で測定した。まず、正極活物質それぞれ5gをDIW 100mlに入れ、15分間撹拌した後、フィルタリングし、フィルタリングされた溶液50mlを取った後、これに0.1MのHClを加えてpH変化によるHCl消耗量を測定して、Q1およびQ2を決定し、これを通じて、未反応のLiOHおよびLi2CO3を計算した。
(5) Measurement of unreacted lithium of the positive electrode active material The measurement of unreacted lithium with respect to the positive electrode active material produced by Examples and Comparative Examples was performed with 0.1 M HCl used until pH 4 was reached by pH titration. Was measured by the amount of. First, 5 g of each positive active substance was placed in 100 ml of DIW, stirred for 15 minutes, filtered, and 50 ml of the filtered solution was taken, and then 0.1 M HCl was added to measure the amount of HCl consumed due to pH change. Then, Q1 and Q2 were determined, and unreacted LiOH and Li 2 CO 3 were calculated through this.
M1=23.95(LiOH Molecular weight)
M2=73.89(Li2CO3 Molecular weight)
SPL Size=(Sample weight×Solution Weight)/Water Weight
LiOH(wt%)=[(Q1-Q2)×C×M1×100]/(SPL Size×1000)
Li2CO3(wt%)=[2×Q2×C×M2/2×100]/(SPL Size×1000)
M1 = 23.95 (LiOH Molecular weight)
M2 = 73.89 (Li 2 CO 3 Molecular weight)
SPL Size = (Simple weight x Solution Weight) / Water Weight
LiOH (wt%) = [(Q1-Q2) x C x M1 x 100] / (SPL Size x 1000)
Li 2 CO 3 (wt%) = [2 x Q2 x C x M2 / 2 x 100] / (SPL Size x 1000)
前記計算式を通じて測定された未反応リチウムの測定結果は、下記の表3に示した。 The measurement results of unreacted lithium measured through the above formula are shown in Table 3 below.
前記表3の結果を参考すると、実施例1~実施例7によって製造された正極活物質は、比較例1~比較例4によって製造された正極活物質に比べて残留リチウムの量が大きく減少したことを確認することができる。特に、LiaWcOd、WcOdまたはLiaNibWcOd組成を有する酸化物をLiwNi1-(x+y+z)CoxAlyWzO2組成の複合酸化物とそれぞれ単純混合した比較例2~比較例4の場合、単純LiwNi1-(x+y+z)CoxAlyWzO2組成の正極活物質(比較例1)に比べて残留リチウムの量を十分に減少させないことを確認することができる。 With reference to the results in Table 3, the positive electrode active materials produced by Examples 1 to 7 had a significantly reduced amount of residual lithium as compared with the positive electrode active materials produced by Comparative Examples 1 to 4. You can confirm that. In particular, an oxide having a Li a W c Od , W c O d or Li a Ni b W c Od composition is combined with a composite oxide having a Li w Ni 1- (x + y + z) Co x Al y W z O 2 composition. In the case of Comparative Example 2 to Comparative Example 4 in which each is simply mixed, the amount of residual lithium is sufficient as compared with the positive electrode active material (Comparative Example 1) having a simple Li w Ni 1- (x + y + z) Cox Al y W z O 2 composition. It can be confirmed that it does not decrease.
実験例2.
(1)リチウム二次電池の製造
実施例および比較例によって製造された正極活物質それぞれ94wt%、カーボンブラック(carbon black)3wt%、PVDFバインダー3wt%をN-メチル-2ピロリドン(NMP)30gに分散させて、正極スラリーを製造した。前記正極スラリーを厚さ15μmの正極集電体であるアルミニウム(Al)薄膜に塗布および乾燥し、ロールプレス(roll press)を実施して、正極を製造した。正極のローディングレベルは、10mg/cm2であり、電極密度は、3.2g/cm3であった。
Experimental example 2.
(1) Production of Lithium Secondary Battery 94 wt% of positive electrode active material, 3 wt% of carbon black, and 3 wt% of PVDF binder produced by Examples and Comparative Examples were added to 30 g of N-methyl-2pyrrolidone (NMP), respectively. It was dispersed to produce a positive electrode slurry. The positive electrode slurry was applied to and dried on an aluminum (Al) thin film which is a positive electrode current collector having a thickness of 15 μm, and a roll press was carried out to produce a positive electrode. The loading level of the positive electrode was 10 mg / cm 2 , and the electrode density was 3.2 g / cm 3 .
前記正極に対して金属リチウムを対極(counter electrode)とし、電解液としては、エチレンカーボネート(EC)、エチルメチルカーボネート(EMC)およびジメチルカーボネート(DMC)を2:4:4の体積比で混合した溶媒に1.15MのLiPF6を添加して製造した。 Metallic lithium was used as a counter electrode with respect to the positive electrode, and ethylene carbonate (EC), ethyl methyl carbonate (EMC) and dimethyl carbonate (DMC) were mixed as an electrolytic solution in a volume ratio of 2: 4: 4. It was produced by adding 1.15 M LiPF 6 to the solvent.
前記正極と負極との間に多孔質ポリエチレン(PE)フィルムからなるセパレーターを介在して電池組立体を形成し、前記電解液を注入して、リチウム二次電池(コインセル)を製造した。 A battery assembly was formed by interposing a separator made of a porous polyethylene (PE) film between the positive electrode and the negative electrode, and the electrolytic solution was injected to produce a lithium secondary battery (coin cell).
(2)リチウム二次電池の容量特性の評価
前記で製造されたリチウム二次電池(コインセル)に対して25℃で0.15Cの定電流(CC)で4.25Vになるまで充電し、以後、4.25Vの定電圧(CV)で充電して、充電電流が0.05mAhになるまで1回目の充電を行った。以後、20分間放置した後、0.1Cの定電流で3.0Vになるまで放電して、1サイクル目の放電容量を測定した。第1充放電時の充電容量、放電容量および充放電効率を下記の表4に示した。
(2) Evaluation of capacity characteristics of lithium secondary battery The lithium secondary battery (coin cell) manufactured above is charged at 25 ° C. with a constant current (CC) of 0.15 C until it reaches 4.25 V. The battery was charged at a constant voltage (CV) of 4.25 V, and the first charge was performed until the charging current reached 0.05 mAh. After that, after leaving it for 20 minutes, it was discharged at a constant current of 0.1 C until it became 3.0 V, and the discharge capacity in the first cycle was measured. The charge capacity, discharge capacity, and charge / discharge efficiency at the time of the first charge / discharge are shown in Table 4 below.
前記表4の結果を参考すると、実施例1~実施例7によって製造された正極活物質を使用したリチウム二次電池が、比較例1~比較例4によって製造された正極活物質を使用したリチウム二次電池に比べて充放電効率および容量特性の側面で改善されたことを確認することができる。特に、LiaWcOdおよびWcOd、LiaNibWcOd組成の複合酸化物をLiwNi1-(x+y+z)CoxAlyWzO2組成の複合酸化物とそれぞれ単純混合した比較例2~比較例4の場合、単純LiwNi1-(x+y+z)CoxAlyWzO2組成の正極活物質(比較例1)に比べて充放電効率および4.0C/0.2Cレート特性が改善されたが、LiaNibWcOd組成の複合酸化物とLiwNi1-(x+y+z)CoxAlyWzO2組成の複合酸化物が固溶体を形成している実施例に比べて不足した性能を示すことを確認することができる。 With reference to the results in Table 4, the lithium secondary battery using the positive electrode active material produced by Examples 1 to 7 is the lithium using the positive electrode active material produced by Comparative Examples 1 to 4. It can be confirmed that the charging / discharging efficiency and the capacity characteristics are improved as compared with the secondary battery. In particular, the composite oxide of Li a W c Od and W c O d , Li a Ni b W c Od composition is combined with the composite oxide of Li w Ni 1- (x + y + z) Co x Al y W z O 2 composition. In the case of Comparative Example 2 to Comparative Example 4 in which each of them was simply mixed, the charge / discharge efficiency and the charge / discharge efficiency and 4. Although the 0C / 0.2C rate characteristics were improved, the composite oxide of Li a Ni b W c Od composition and the composite oxide of Li w Ni 1- (x + y + z) Co x Al y W z O 2 composition were solid solutions. It can be confirmed that the performance is insufficient as compared with the examples forming the above.
また、固溶体を含む実施例1~実施例7によって製造された正極活物質を使用したリチウム二次電池は、上述したように、比較例に比べて電気化学的特性を向上させると同時に、特に比較例2~比較例4とは異なって、W含有酸化物を別に添加しないことによって、製造工程の難易度および工程費用を減少させることができる。 Further, as described above, the lithium secondary battery using the positive electrode active material produced by Examples 1 to 7 containing the solid solution has improved electrochemical characteristics as compared with Comparative Examples, and at the same time, particularly compared. Unlike Example 2 to Comparative Example 4, the difficulty level and the process cost of the manufacturing process can be reduced by not adding the W-containing oxide separately.
(3)リチウム二次電池の安定性の評価
前記で製造されたリチウム二次電池(コインセル)に対して25℃で1Cの定電流(CC)で3.0~4.25Vの駆動電圧の範囲内で充/放電を100回実施した。これにより、常温での充放電100回実施後、初期容量に対する100サイクル目の放電容量の比率であるサイクル容量維持率(capacity retention)を測定した。
(3) Evaluation of Stability of Lithium Secondary Battery The driving voltage range of 3.0 to 4.25V at a constant current (CC) of 1C at 25 ° C for the lithium secondary battery (coin cell) manufactured above. Charging / discharging was carried out 100 times in the room. As a result, after 100 times of charging and discharging at room temperature, the cycle capacity retention rate (capacity retention), which is the ratio of the discharge capacity at the 100th cycle to the initial capacity, was measured.
また、リチウム二次電池の高温貯蔵特性を確認するために、25℃で充放電した電池をSOC100%を基準として充電して抵抗を測定した後、60℃で7日間貯蔵後、抵抗を測定して、抵抗の変化幅を確認した。 In addition, in order to confirm the high temperature storage characteristics of the lithium secondary battery, the battery charged and discharged at 25 ° C. is charged with 100% SOC as a reference to measure the resistance, and then stored at 60 ° C. for 7 days, and then the resistance is measured. The change width of the resistance was confirmed.
前記測定結果は、下記の表5に示した。 The measurement results are shown in Table 5 below.
前記表5の結果を参考すると、実施例1~実施例7によって製造された正極活物質を使用したリチウム二次電池が、比較例1~比較例4によって製造された正極活物質を使用したリチウム二次電池に比べて容量維持率に優れていると共に、高温貯蔵前後の抵抗変化幅が小さいことを確認することができる。特に、LiaNibWcOd、LiaWcOdおよびWcOd組成の複合酸化物とLiwNi1-(x+y+z)CoxAlyWzO2組成の複合酸化物をそれぞれ単純混合した比較例2~4の場合、単純LiwNi1-(x+y+z)CoxAlyWzO2組成の正極活物質(比較例1)に比べて容量維持率および抵抗特性が改善されたが、LiaNibWcOd組成の複合酸化物とLiwNi1-(x+y+z)CoxAlyWzO2組成の複合酸化物が固溶体を形成している実施例に比べて不足した性能を示すことを確認することができる。 With reference to the results in Table 5, the lithium secondary battery using the positive electrode active material produced by Examples 1 to 7 is the lithium using the positive electrode active material produced by Comparative Examples 1 to 4. It can be confirmed that the capacity retention rate is superior to that of the secondary battery and the resistance change width before and after high temperature storage is small. In particular, a composite oxide having a Li a Ni b W c Od , Li a W c Od and W c Od composition and a composite oxide having a Li w Ni 1- (x + y + z) Co x Al y W z O 2 composition. In the case of Comparative Examples 2 to 4 in which each of them was simply mixed, the capacity retention rate and the resistance characteristics were improved as compared with the positive electrode active material (Comparative Example 1) having a simple Li w Ni 1- (x + y + z) Co x Aly W z O 2 composition. However, compared to the examples in which the composite oxide of Li a Ni b W c Od composition and the composite oxide of Li w Ni 1- (x + y + z) Co x Aly W z O 2 composition form a solid solution. It can be confirmed that the performance is insufficient.
以上、本発明の実施例について説明したが、当該技術分野において通常の知識を有する者なら、特許請求範囲に記載された本発明の思想を逸脱しない範囲内で、構成要素の付加、変更、削除または追加などにより本発明を多様に修正および変更させることができ、これも、本発明の権利範囲内に含まれると言える。 Although the embodiments of the present invention have been described above, a person having ordinary knowledge in the art concerned can add, change, or delete components within the range not departing from the idea of the present invention described in the claims. Alternatively, the present invention can be modified and changed in various ways by addition or the like, and it can be said that this is also included in the scope of the rights of the present invention.
Claims (14)
前記第1複合酸化物の表面のうち少なくとも一部に存在する第2複合酸化物;を含み、
前記第1複合酸化物と前記第2複合酸化物は、固溶体を形成した状態で存在し、
前記第2複合酸化物は、下記の化学式1で表される、正極活物質:
[化学式1]
LiaM1bM2cOd
(ここで、
M1は、Ni、Mn、Co、Cu、Nb、Mo、Al、Zn、Mg、CeおよびSnから選ばれる少なくとも一つであり、
M2は、Mn、Al、Ti、Zr、Mg、V、B、Mo、Zn、Nb、Ba、Ta、Fe、Cr、Sn、Hf、Ce、W、NdおよびGdから選ばれる少なくとも一つであり、
M1とM2は、互いに異なり、
0≦a≦6、0<b≦2、0<c≦2、4≦d≦8である。) It contains a first composite oxide capable of sucking and releasing lithium; and a second composite oxide present on at least a portion of the surface of the first composite oxide;
The first composite oxide and the second composite oxide exist in a state of forming a solid solution, and are present.
The second composite oxide is represented by the following chemical formula 1 as a positive electrode active material:
[Chemical formula 1]
Li a M1 b M2 c Od
(here,
M1 is at least one selected from Ni, Mn, Co, Cu, Nb, Mo, Al, Zn, Mg, Ce and Sn.
M2 is at least one selected from Mn, Al, Ti, Zr, Mg, V, B, Mo, Zn, Nb, Ba, Ta, Fe, Cr, Sn, Hf, Ce, W, Nd and Gd. ,
M1 and M2 are different from each other
0 ≦ a ≦ 6, 0 <b ≦ 2, 0 <c ≦ 2, 4 ≦ d ≦ 8. )
前記第1複合酸化物を含むコア;および
前記コアの表面のうち少なくとも一部に存在するシェル層;を含む一つ以上のコア-シェル粒子で形成され、
前記第1複合酸化物と固溶体を形成した状態で存在する前記第2複合酸化物は、前記シェル層のうち少なくとも一部に存在する、請求項1に記載の正極活物質。 The positive electrode active material is
It is formed of one or more core-shell particles containing a core containing the first composite oxide; and a shell layer present on at least a portion of the surface of the core.
The positive electrode active material according to claim 1, wherein the second composite oxide existing in a state of forming a solid solution with the first composite oxide is present in at least a part of the shell layer.
[化学式2]
LiwNi1-(x+y+z)CoxM3yM4zO2
(ここで、
M3は、MnおよびAlから選ばれる少なくとも一つであり、
M4は、Mn、Al、Ti、Zr、Mg、V、B、Mo、Zn、Nb、Ba、Ta、Fe、Cr、Sn、Hf、Ce、W、NdおよびGdから選ばれる少なくとも一つであり、
0.5≦w≦1.5、0.01≦x≦0.50、0.01≦y≦0.20、0.001≦z≦0.20である。) The positive electrode active material according to claim 4, wherein the first composite oxide is represented by the following chemical formula 2.
[Chemical formula 2]
Li w Ni 1- (x + y + z) Co x M3 y M4 z O 2
(here,
M3 is at least one selected from Mn and Al,
M4 is at least one selected from Mn, Al, Ti, Zr, Mg, V, B, Mo, Zn, Nb, Ba, Ta, Fe, Cr, Sn, Hf, Ce, W, Nd and Gd. ,
0.5 ≦ w ≦ 1.5, 0.01 ≦ x ≦ 0.50, 0.01 ≦ y ≦ 0.20, 0.001 ≦ z ≦ 0.20. )
[化学式3]
LiaM1bM2cOd-LiwNi1-(x+y+z)CoxM3yM4zO2
(ここで、
M1は、Ni、Mn、Cu、Nb、Mo、Al、Zn、Mg、CeおよびSnから選ばれる少なくとも一つであり、
M2は、Mn、Al、Ti、Zr、Mg、V、B、Mo、Zn、Nb、Ba、Ta、Fe、Cr、Sn、Hf、Ce、W、NdおよびGdから選ばれる少なくとも一つであり、
M3は、MnおよびAlから選ばれる少なくとも一つであり、
M4は、Mn、Al、Ti、Zr、Mg、V、B、Mo、Zn、Nb、Ba、Ta、Fe、Cr、Sn、Hf、Ce、W、NdおよびGdから選ばれる少なくとも一つであり、
M1とM2は、互いに異なり、
0≦a≦6、0<b≦2、0<c≦2、4≦d≦8であり、
0.5≦w≦1.5、0.01≦x≦0.50、0.01≦y≦0.20、0.001≦z≦0.20である。) The positive electrode active material according to claim 4, wherein the solid solution is represented by the following chemical formula 3.
[Chemical formula 3]
Li a M1 b M2 c Od -Li w Ni 1- (x + y + z) Co x M3 y M4 z O 2
(here,
M1 is at least one selected from Ni, Mn, Cu, Nb, Mo, Al, Zn, Mg, Ce and Sn.
M2 is at least one selected from Mn, Al, Ti, Zr, Mg, V, B, Mo, Zn, Nb, Ba, Ta, Fe, Cr, Sn, Hf, Ce, W, Nd and Gd. ,
M3 is at least one selected from Mn and Al,
M4 is at least one selected from Mn, Al, Ti, Zr, Mg, V, B, Mo, Zn, Nb, Ba, Ta, Fe, Cr, Sn, Hf, Ce, W, Nd and Gd. ,
M1 and M2 are different from each other
0 ≦ a ≦ 6, 0 <b ≦ 2, 0 <c ≦ 2, 4 ≦ d ≦ 8
0.5 ≦ w ≦ 1.5, 0.01 ≦ x ≦ 0.50, 0.01 ≦ y ≦ 0.20, 0.001 ≦ z ≦ 0.20. )
前記コーティング層は、下記の化学式4で表される合金酸化物を含む、請求項7に記載の正極活物質:
[化学式4]
LieM5fOg
(ここで、
M5は、Mn、Al、Ti、Zr、Mg、V、B、Mo、Zn、Nb、Ba、Ca、Ta、Fe、Cr、Sn、Hf、Ce、W、NdおよびGdから選ばれる少なくとも一つであり、
0≦e≦6、0<f≦6、0<g≦10である。) Further comprising a coating layer covering at least a portion of the secondary particles
The positive electrode active material according to claim 7, wherein the coating layer contains an alloy oxide represented by the following chemical formula 4.
[Chemical formula 4]
Li e M5 f Og
(here,
M5 is at least one selected from Mn, Al, Ti, Zr, Mg, V, B, Mo, Zn, Nb, Ba, Ca, Ta, Fe, Cr, Sn, Hf, Ce, W, Nd and Gd. And
0 ≦ e ≦ 6, 0 <f ≦ 6, 0 <g ≦ 10. )
導電材;および
バインダー;を含む、正極スラリー組成物。 The positive electrode active material according to any one of claims 1 to 12;
A positive electrode slurry composition comprising a conductive material; and a binder;
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